La pression transforme un métal en aimant express
Le cristal d'oxyde d'osmium OsO₂ ressemble à un adolescent têtu : dans des conditions normales, il se comporte comme un métal ordinaire, mais il suffit d'appuyer plus fort pour que le caractère change. Les physiciens ont cultivé ce matériau sous forme de monocristaux de haute qualité et ont découvert qu'à pression ambiante, OsO₂ est un bon conducteur avec un comportement clair de liquide de Fermi, où les électrons se dispersent fortement les uns sur les autres, comme une foule dans un couloir étroit.
Les mesures magnétiques ont montré que les cristaux sont isotropiquement paramagnétiques : leurs moments magnétiques sont orientés de manière aléatoire, comme des aiguilles de boussoles éparpillées sur une table. Mais les calculs théoriques prédisent qu'à l'intérieur du matériau se cache un altermagnétisme — un état particulier où les spins des électrons sont alignés antiparallèlement, mais en raison de la symétrie du cristal, l'énergie des électrons avec des spins différents se divise, comme deux jumeaux qui suivent des chemins différents. Les expériences de spectroscopie photoémission n'ont pas encore observé cette division dans les bandes volumiques, mais la théorie indique que tout se joue sous pression.
Les calculs avec des fonctionnelles hybrides montrent que la pression renforce la répulsion coulombienne entre électrons (paramètre U), et le matériau passe d'un métal paramagnétique à un métal altermagnétique, puis à un isolant altermagnétique. C'est comme accorder une guitare : en tournant la cheville, on change la tonalité, et ici, en comprimant le cristal, on bascule son état magnétique.
Pour l'instant, la division altermagnétique n'a pas été observée expérimentalement, mais les calculs fournissent une feuille de route claire. Peut-être que des recherches futures à haute pression permettront d'observer cet effet, ouvrant la voie au contrôle des propriétés magnétiques des matériaux par simple compression.
La pression de 44 GPa, à laquelle OsO₂ devient isolant, est comparable à la pression dans le manteau terrestre à environ 1200 kilomètres de profondeur.
Dans le roman d'Arthur C. Clarke « Les Enfants d'Icare », les extraterrestres contrôlent les propriétés des matériaux via des champs inconnus — ici, les scientifiques le font avec une simple pression.