Des chercheurs de l'Université de Tokyo au Japon, des universités Cornell et Johns Hopkins aux États-Unis et de l'Université de Birmingham au Royaume-Uni ont observé un important piézomagnétisme dans un matériau antiferromagnétique, le manganèse-étain (Mn3Sn). La découverte pourrait permettre à ce matériau et à d'autres similaires d'être utilisés dans les mémoires informatiques de la prochaine génération.
Les matériaux antiferromagnétiques sont des candidats prometteurs pour les futurs dispositifs de mémoire haute densité pour deux raisons principales. La première est que les spins des électrons (qui sont utilisés comme bits ou unités de données) dans les antiferromagnétiques basculent rapidement, à des fréquences de l'ordre des térahertz. Ces retournements de spin rapides sont possibles car les spins des antiferromagnétiques ont tendance à s'aligner de manière antiparallèle les uns aux autres, ce qui entraîne de fortes interactions entre les spins. Cela contraste avec les ferromagnétiques conventionnels, qui ont des spins d'électrons parallèles.
La deuxième raison est que si les antiferromagnétiques ont un magnétisme interne créé par le spin de leurs électrons, ils n'ont presque pas d'aimantation macroscopique. Cela signifie que les bits peuvent être emballés plus densément car ils n'interfèrent pas les uns avec les autres. Encore une fois, cela contraste avec les ferromagnétiques utilisés dans la mémoire magnétique conventionnelle, qui génèrent une aimantation nette importante.
Les chercheurs utilisent l'effet Hall bien compris (dans lequel un champ magnétique appliqué induit une tension dans un conducteur dans une direction perpendiculaire à la fois au champ et au flux de courant) pour lire les valeurs des bits antiferromagnétiques. Si les spins du bit antiferromagnétique basculent tous dans le même sens, la tension de Hall change de signe. Un signe de la tension correspond donc à un sens « spin up » ou « 1 » et l'autre signe à un « spin down » ou « 0 ».
La contrainte contrôle le changement de signe
Dans le nouveau travail, une équipe dirigée par Satoru Nakatsuji des Université de Tokyo matériel d'occasion développé par Clifford Hicks et collègues de Birmingham placer un échantillon de Mn3Sn sous contrainte. Mn3Sn est un antiferromagnétique imparfait (Weyl) avec une faible aimantation, et il est connu pour afficher un très fort effet Hall anormal (AHE), dans lequel les porteurs de charge acquièrent une composante de vitesse perpendiculaire à un champ électrique appliqué même sans champ magnétique appliqué.
Les antiferromagnétiques dopés commutent plus rapidement
Les chercheurs ont découvert qu'en plaçant différents degrés de contrainte sur l'échantillon, ils pouvaient contrôler à la fois l'amplitude et le signe de l'AHE du matériau. "Depuis la découverte de l'AHE par Edwin Hall en 1881, aucun rapport n'a été fait sur le réglage continu du signe AHE par souche", a déclaré Nakatsuji. Monde de la physique. « A première vue, il peut sembler que la conductivité de Hall, grandeur impaire en retournement temporel, ne peut être contrôlée par la déformation, qui est paire en retournement temporel. Cependant, notre expérience et notre théorie démontrent clairement qu'une très petite souche de l'ordre de 0.1 % peut contrôler non seulement la taille mais aussi le signe de l'AHE.
Important pour la spintronique antiferromagnétique
L'équipe affirme que la capacité de contrôler l'AHE à l'aide de la contrainte sera importante pour les applications dites de "spintronique" impliquant des matériaux antiferromagnétiques. Depuis l'état semi-métal de Weyl de Mn3Sn peut également être commuté électriquement, cette nouvelle découverte rend le matériau encore plus attractif pour la spintronique, et un certain nombre de groupes à travers le monde travaillent actuellement à sa fabrication sous forme de couches minces.
Le présent travail est détaillé dans Physique de la nature.
