Altermagnets : la danse cachée des spins express
Les altermagnets évoquent une salle de bal où les couples tournent dans des directions opposées : la salle elle-même est immobile, mais à l'intérieur, un mouvement ordonné bouillonne. De même, les spins électroniques (la direction de leur rotation) dans ces matériaux forment des motifs complexes sans créer de magnétisme global. Cette « chorégraphie » cachée permet aux électrons de spins différents de se déplacer dans des directions opposées, comme des danseurs qui se dispersent sur les bords de la piste. Cet effet sépare les porteurs sans aimant externe.
Les physiciens ont proposé une description théorique pour les altermagnets achiraux, où les spins ne se contentent pas de pointer vers le haut ou vers le bas, mais s'enroulent en figures tridimensionnelles symétriques par réflexion. Le modèle, qui puise ses racines dans les travaux de Lev Landau et s'appuie sur le modèle standard de la physique des particules, prédit une amplification du courant de spin et du piézomagnétisme — la capacité de s'aimantiser légèrement sous compression, comme si, en appuyant sur le plancher de danse, certains couples se mettaient à bouger en synchronie.
Une expérience sur un cristal de NiS2 a montré qu'en refroidissant, le désordre interne diminue et les spins s'organisent en deux structures successives. La spectroscopie a confirmé : la géométrie non standard rend l'ordre remarquablement stable — plus robuste que celui des altermagnets simples. Cela ouvre la voie à des dispositifs spintroniques où l'information est portée par la direction du spin, promettant une électronique plus rapide et plus économe.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2603.01329
Altermagnets (A$$\ell$$Ms) constitute a novel family of magnetic materials characterized by the absence of net magnetization and the presence of spin-polarized band structures. Whereas A$$\ell$$M phases were initially proposed in collinear structures, the recently discovered noncollinear chiral A$$\ell$$Ms stand out for their distinct hedgehog spin texture and multifunctionality in spintronics. In this work, we deepen the characterization of these systems by constructing a Landau theory for noncollinear achiral A$$\ell$$Ms. Furthermore, we demonstrate that the achiral symmetry of the crystal is reflected in the spin texture in reciprocal space, which presents only spatial-even multipoles. These multipoles, distinguished from those in collinear A$$\ell$$Ms via the high-order secondary order parameters, can couple to many phenomena such as the spin Hall effect and piezomagnetic effect. To exemplify our theory, we study the noncollinear achiral magnet NiS$$_2$$ within the framework of altermagnetism, showcasing both spin Hall and piezomagnetic effects in a prototypical correlated Mott insulator that provides an ideal platform to explore the interplay between strong electronic correlations, crystal symmetry, and altermagnetic spin textures. Interestingly, altermagnetism emerges in two magnetic ordered phases of NiS$$_2$$ upon lowering the temperature. The non-collinearity strengthens the robustness of A$$\ell$$M order, as the anti-ferromagnetism induced by the strong correlations will not impose effective time-reversal symmetry as in the collinear case. Our results suggest non-collinear achiral A$$\ell$$Ms as a promising platform for spintronics applications due to the potential to achieve various spin textures with different magnetic orders.
L'altermagnétisme n'a été prédit théoriquement qu'en 2019, mais plus d'une centaine de matériaux présentant ces propriétés ont déjà été découverts, dont NiS2.
Contrôler les spins sans champs magnétiques nous transporte dans un monde de science-fiction, où des « ordinateurs à spin » fonctionneraient sans dépense d'énergie, comme dans les romans d'un futur lointain.