La surface d'un aimant comme interrupteur express
L'aiguille aimantée d'une boussole pointe toujours vers le nord parce que, à l'intérieur du matériau, tous les petits aimants atomiques sont alignés dans la même direction. Mais il existe des matériaux où les atomes voisins pointent dans des directions opposées — comme des rangées de soldats qui se font face. On appelle ces matériaux des antiferromagnétiques. Ils sont difficiles à commuter : un champ magnétique ordinaire ne peut pas retourner tous les « soldats » d'un coup, car la moitié d'entre eux regardent déjà dans la bonne direction, et l'autre moitié dans la direction opposée.
Les chercheurs ont étudié ce qui se passe à la surface d'un antiferromagnétique. Il s'avère qu'au bord, les atomes se comportent différemment : leurs liaisons avec les voisins sont affaiblies, et ils cèdent plus facilement au champ externe. Si les surfaces supérieure et inférieure du matériau sont différentes, alors en changeant lentement le champ, on peut faire tourner les « soldats » de surface dans la bonne direction, puis cette rotation se propage en profondeur. Ainsi, les domaines — des régions où l'aimantation pointe dans la même direction — se commutent sans aucun dispositif supplémentaire.
Ce mécanisme explique le comportement mystérieux de l'antiferromagnétique de van der Waals MnBi2Te4, où l'on a observé de l'hystérésis — la dépendance de la réponse au sens de variation du champ. On comprend maintenant que les atomes de surface jouent un rôle clé. Cela signifie que l'on peut contrôler les antiferromagnétiques beaucoup plus simplement qu'on ne le pensait — simplement avec un champ magnétique, sans circuits électriques complexes. Cela ouvre la voie à de nouveaux dispositifs de stockage et de traitement de l'information.
Les antiferromagnétiques ne créent pas de champ magnétique externe, donc leurs domaines ne se gênent pas mutuellement — on peut les empiler très densément, comme des livres sur une étagère, et fabriquer des mémoires à très haute densité.