Dans le cristal en couches CrSBr, les moments magnétiques des atomes sont alignés comme des notes sur une partition : au sein de chaque couche, ils pointent dans la même direction, mais d'une couche à l'autre, ils pointent en sens opposés. Cette mélodie antiferromagnétique résonne jusqu'à 132 kelvins, au-delà, l'agitation thermique détruit l'ordre. Les physiciens ont appris à réécrire cette partition en bombardant le cristal avec des ions hélium. Les défauts laissés par l'irradiation agissent comme des pauses insérées : ils modifient l'interaction entre les couches et font sonner les notes autrement.

Pour entendre la nouvelle tonalité, les chercheurs ont utilisé la diffusion Raman de la lumière. Le faisceau laser, en pénétrant dans le cristal, cède ou prélève de l'énergie aux vibrations du réseau, et le décalage en fréquence renseigne sur l'état du matériau. Mais l'essentiel, c'est la polarisation de la lumière. Dans le CrSBr d'origine, l'une des composantes du tenseur de diffusion change brusquement à 132 K, marquant la transition vers l'état antiferromagnétique. Dans les échantillons irradiés, deux nouvelles anomalies apparaissent : vers 40 K et 105–110 K. La première est probablement liée à l'ordre ferromagnétique des défauts ou au gel des spins ; la seconde, à l'établissement d'un ordre magnétique modifié.

Plus la dose d'irradiation est élevée, plus les nouvelles notes sonnent fort : les anomalies s'amplifient, et dans les échantillons épais, après une double irradiation, l'ordre antiferromagnétique est complètement remplacé par un ordre ferromagnétique. Les mesures magnéto-optiques à 4,7 K confirment que le matériau ne répond plus au champ externe, car tous les spins sont déjà alignés dans la même direction. Auparavant, un tel renversement nécessitait des aimants puissants ou des techniques complexes ; désormais, il suffit de bombarder le cristal avec de l'hélium.

La méthode utilisée dans cette étude est une oreille attentive qui capte le changement de tonalité sans détruire la partition. La spectroscopie Raman résolue en polarisation s'est révélée sensible aux modifications du tenseur de diffusion induites par l'ordre magnétique, et a permis de distinguer des transitions invisibles dans les spectres de fréquences phononiques. C'est un moyen rapide et non destructif de contrôler les phases magnétiques dans des couches minces, qui pourrait être utile pour le développement de dispositifs spintroniques. La partition de CrSBr peut désormais jouer dans différentes tonalités — et les chercheurs ont appris à la diriger avec des ions.