Un minuscule aimant composé de couches de soufre, de chrome et de brome repose sur la platine d'un microscope. À l'intérieur, tels des invités imprévus, se trouvent des atomes d'erbium, un métal des terres rares. Ces atomes peuvent émettre de la lumière lorsqu'on les éclaire avec un laser, et leur lumière révèle ce qui se passe autour d'eux.
Habituellement, les propriétés magnétiques sont étudiées de l'extérieur : par un faisceau de particules ou un rayon lumineux réfléchi par la surface. Mais alors, le signal est moyenné sur une grande portion du matériau — comme si l'on jugeait de l'humeur d'une foule par son bourdonnement général, sans entendre les voix individuelles. Ici, les atomes d'erbium agissent comme des microphones placés au cœur même de la foule.
Lorsque l'échantillon a été refroidi à trois kelvins (moins 270 degrés Celsius), la luminescence des atomes d'erbium a radicalement changé. En réchauffant, les changements se sont reproduits, mais avec un retard — comme si la « mémoire » magnétique refusait de lâcher prise. Le minimum de luminosité a été observé à 132 kelvins (moins 141 degrés) — c'est à cette température, pensait-on, que l'ordre magnétique dans CrSBr disparaît.
Mais le plus intéressant : les atomes-balises continuaient d'envoyer des signaux d'ordre même à des températures supérieures à 132 kelvins. Cela signifie qu'à l'échelle nanométrique — dans des régions de la taille de quelques dizaines d'atomes — l'ordre persiste plus longtemps que la moyenne du cristal. Comme si, dans une foule qui se disperse, il restait de petits groupes marchant encore au pas.
On a ajouté un faible champ magnétique — seulement 0,3 tesla, comme celui d'un aimant de réfrigérateur. La température à laquelle l'ordre disparaissait s'est décalée de huit degrés vers le haut. Le champ a légèrement « poussé » les atomes vers un comportement ordonné.
De tels capteurs lumineux intégrés pourraient aider à créer des capteurs magnétiques qui voient non pas une image moyenne, mais des détails à l'échelle atomique. Et peut-être permettre de contrôler l'état magnétique dans les dispositifs du futur — fins, rapides et résistants à la chaleur.
L'erbium émet dans la gamme des télécommunications — à une longueur d'onde d'environ 1,5 micromètre. C'est cette lumière qui voyage dans les fibres optiques d'Internet, si bien que le signal des atomes-balises peut être transmis par les lignes de communication ordinaires.
L'idée d'« yeux lumineux » intégrés, qui voient ce qui est caché aux observateurs extérieurs, rappelle les détecteurs de neutrinos de la science-fiction — mais ici, les détecteurs ont la taille d'un atome.