La manipulation d’atomes non magnétiques dans un halogénure de chrome permet de régler les propriétés magnétiques

Les propriétés magnétiques d’un halogénure de chrome peuvent être ajustées en manipulant les atomes non magnétiques du matériau, rapporte une équipe dirigée par des chercheurs du Boston College dans l’édition la plus récente de Progrès scientifiques.

La méthode apparemment contre-intuitive est basée sur un mécanisme connu sous le nom d’interaction d’échange indirect, selon Fazel Tafti, professeur adjoint de physique au Boston College, auteur principal du rapport.

Une interaction indirecte est médiée entre deux atomes magnétiques via un atome non magnétique connu sous le nom de ligand. Les découvertes du Tafti Lab montrent qu’en modifiant la composition de ces atomes de ligand, toutes les propriétés magnétiques peuvent être facilement réglées.

« Nous avons abordé une question fondamentale: est-il possible de contrôler les propriétés magnétiques d’un matériau en modifiant les éléments non magnétiques? » dit Tafti. «Cette idée et la méthodologie dont nous faisons état sont sans précédent. Nos résultats démontrent une nouvelle approche pour créer des aimants synthétiques en couches avec un niveau de contrôle sans précédent sur leurs propriétés magnétiques.

Les matériaux magnétiques sont l’épine dorsale de la plupart des technologies actuelles, telles que la mémoire magnétique de nos appareils mobiles. Il est courant de régler les propriétés magnétiques en modifiant les atomes magnétiques d’un matériau. Par exemple, un élément magnétique, tel que le chrome, peut être remplacé par un autre, tel que le fer.

L’équipe a étudié des moyens de contrôler expérimentalement les propriétés magnétiques des matériaux magnétiques inorganiques, en particulier les halogénures de chrome. Ces matériaux sont constitués d’un atome de chrome et de trois atomes d’halogénure: le chlore, le brome et l’iode.

La découverte centrale illustre une nouvelle méthode de contrôle des interactions magnétiques dans les matériaux en couches en utilisant une interaction spéciale connue sous le nom de couplage spin-orbite du ligand. Le couplage spin-orbite est une propriété d’un atome pour réorienter la direction des spins – les minuscules aimants sur les électrons – avec le mouvement orbital des électrons autour des atomes.

Cette interaction contrôle la direction et l’amplitude du magnétisme. Les scientifiques connaissaient le couplage spin-orbite des atomes magnétiques, mais ils ne savaient pas que le couplage spin-orbite des atomes non magnétiques pourrait également être utilisé pour réorienter les spins et ajuster les propriétés magnétiques, selon Tafti.

L’équipe a été surprise de pouvoir générer un diagramme de phase complet en modifiant les atomes non magnétiques d’un composé, a déclaré Tafti, qui a co-écrit le rapport avec les collègues physiciens de la Colombie-Britannique Ying Ran et Kenneth Burch, les chercheurs postdoctoraux Joseph Tang et Mykola. Abramchuk, l’étudiant diplômé Faranak Bahrami et les étudiants de premier cycle Thomas Tartaglia et Meaghan Doyle. Julia Chan et Gregory McCandless de l’Université du Texas, Dallas, et Jose Lado de l’Université Aalto en Finlande, faisaient également partie de l’équipe.

« Cette découverte propose une nouvelle procédure pour contrôler le magnétisme dans les matériaux stratifiés, ouvrant une voie pour créer de nouveaux aimants synthétiques aux propriétés exotiques », a déclaré Tafti. « De plus, nous avons trouvé de fortes signatures d’un état quantique potentiellement exotique associé à la frustration magnétique, une découverte inattendue qui peut conduire à une nouvelle direction de recherche passionnante. »

Tafti a déclaré que la prochaine étape consistait à utiliser ces matériaux dans des technologies innovantes telles que les dispositifs magnéto-optiques ou la nouvelle génération de mémoires magnétiques.