En 1903, Fritz Heusler découvrait l'alliage Cu₂MnAl, qui se comportait comme un aimant alors qu'aucun de ses métaux constitutifs ne l'était. Depuis, la famille des alliages de Heusler s'est étendue à trois mille composés, et parmi eux, Co₂FeGe attire l'attention des physiciens par sa température de Curie élevée et ses perspectives en spintronique.

Un alliage magnétique peut être comparé à un orchestre où le cobalt et le fer jouent la partition de l'aimantation, tandis que le germanium reste silencieux. Dans le réseau cristallin de Co₂FeGe, les atomes de fer forment le squelette, et le cobalt et le germanium remplissent les vides. Les calculs ab initio montrent qu'avec un paramètre de réseau à l'équilibre de 5,700 Å (l'expérience donne 5,738 Å), les états électroniques pour les spins up et down diffèrent fortement : pour le fer et le cobalt, les pics de densité d'états pour une direction de spin se situent sous le niveau de Fermi, et pour l'autre, au-dessus. C'est cette séparation d'échange des bandes d qui crée le moment magnétique. Le germanium, lui, ne contribue presque pas près du niveau de Fermi ; ses canaux de spin sont symétriques, il est vraiment « silencieux ».

On a longtemps pensé que Co₂FeGe pourrait être un demi-métal parfait, c'est-à-dire un matériau qui se comporte comme un métal pour les électrons d'un spin et comme un isolant pour l'autre. C'est précisément ce type de matériau que l'on rêve d'utiliser en spintronique pour créer des filtres de spin et des injecteurs efficaces. Cependant, les calculs avec l'approximation du gradient généralisé (GGA) pure, sans la correction empirique U utilisée auparavant, montrent qu'au niveau de Fermi, pour les deux orientations de spin, il existe une densité d'états faible mais non nulle. Co₂FeGe est donc un ferromagnétique métallique, et non un demi-métal parfait. C'est un résultat important : il indique que la prédiction de demi-métallicité est sensible à la manière de prendre en compte les corrélations électroniques.

Ce travail fournit un repère pour le choix de la méthode de calcul lors de la conception de matériaux spintroniques à base d'alliages de Heusler. Si auparavant on ne savait pas si Co₂FeGe resterait demi-métallique sans paramètre ajustable, on montre maintenant qu'en GGA pure, l'alliage est un ferromagnétique métallique avec une forte asymétrie de spin. Ce n'est pas la fin de l'histoire, mais plutôt une invitation à poursuivre les recherches : les fonctionnelles hybrides ou la méthode GW pourraient décrire plus précisément la séparation d'échange, et de légers écarts à la stœchiométrie ou le remplacement du germanium par du silicium pourraient peut-être ouvrir une véritable bande interdite demi-métallique. En fin de compte, comprendre le rôle des corrélations et de l'hybridation des états d aidera à contrôler la polarisation de spin sans paramètres ajustables, ce qui est la clé pour créer des dispositifs spintroniques fiables.