Des pistes magnétiques pleines de secrets express
Un parquet où chaque deuxième lame est posée dans le sens inverse semble symétrique. Mais si on passe la main, dans un sens les doigts glissent sur les fibres, dans l'autre ils accrochent. C'est à peu près ainsi que fonctionne un nouveau type de magnétisme étudié dans le cristal AgCrP2S6.
Dans ce matériau stratifié, les atomes de chrome sont alignés en longues chaînes, comme des fils de perles. À l'intérieur de chaque chaîne, les moments magnétiques (de minuscules boussoles) des atomes pointent dans la même direction, mais les chaînes voisines pointent dans des directions opposées. De ce fait, l'échantillon reste non magnétique à l'extérieur. Cependant, les calculs montrent que si l'on perturbe légèrement la symétrie du cristal, par exemple en appliquant un champ électrique perpendiculaire aux couches, les électrons commencent à ressentir une différence. Leur énergie dépend de la direction de leur propre spin, comme si sur un parquet glissant un pied glissait facilement et l'autre freinait.
Les auteurs de l'étude ont construit un modèle simplifié qui relie cet effet aux sauts d'électrons entre voisins éloignés — les troisièmes chaînes. Plus le champ est fort, plus la différence d'énergie pour les spins « haut » et « bas » est grande. Lorsque l'on inverse le champ, la différence change de signe — comme si l'on inclinait le parquet dans l'autre sens. De plus, un effet similaire apparaît si l'on remplace une partie des atomes de soufre par du sélénium (ce qu'on appelle une substitution de Janus), ou si l'on colle par-dessus un ferroélectrique CuInP2S6 — on peut alors contrôler la séparation des spins en basculant simplement la polarisation du voisin.
Cette approche ouvre la voie à des dispositifs où l'information est codée non par la charge, mais par le spin de l'électron, et où la commutation se fait sans champ magnétique — par un simple signal électrique. Cela promet une électronique plus rapide et plus froide. Et tout cela dans un matériau qui semble non magnétique de l'extérieur, comme ce parquet dont le motif cache un ordre interne.
Dans les aimants ordinaires, les spins s'alignent tous dans le même sens et créent un fort champ externe — comme une foule avec des drapeaux. Dans les altermagnétiques, les drapeaux des voisins pointent dans des directions opposées, et le champ externe disparaît, mais les électrons ressentent toujours l'ordre interne.