Des chercheurs du PSI ont observé, dans un oxyde de cuivre, que les magnons excités par laser persistent jusqu’à l’échelle de la nanoseconde avant de céder leur énergie au réseau cristallin. Cette étude, publiée dans Nature Communications le 29 septembre 2026, documente un transfert d’énergie que le PSI juge important pour la spintronique.
L’expérience a porté sur un échantillon d’oxyde de cuivre antiferromagnétique, frappé par une impulsion laser optique ultracourte et intense. D’après le PSI, l’impulsion a excité les électrons, ce qui a fait basculer les spins du matériau et créé des magnons en quelques femtosecondes.
L’étude, dont Arnau Romaguera est le premier auteur et Hiroki Ueda le responsable du projet, a été publiée en ligne dans Nature Communications le 29 septembre 2026. Le PSI l’a annoncée le 19 octobre.
Des femtosecondes aux nanosecondes
Pendant les picosecondes suivantes, ces magnons se sont diffusés les uns sur les autres et ont formé un état incohérent, que l’institut a comparé à une « mer agitée ». Environ trois ordres de grandeur plus tard, à l’échelle de la nanoseconde, les magnons ont cédé leur énergie au réseau cristallin sous forme de phonons, c’est-à-dire de vibrations quantifiées du réseau.
D’après Scinexx, une partie de l’ordre magnétique s’est effondrée en quelque 70 femtosecondes. Son rétablissement s’est fait avec une constante de temps d’environ sept nanosecondes.
Arnau Romaguera, cité par le PSI, a déclaré : « Compte tenu du fort couplage entre le magnétisme et le réseau de l’oxyde de cuivre, nous avons été surpris de voir combien de temps il faut ensuite aux magnons générés pour transmettre leur énergie au réseau ».
Le PSI souligne l’intérêt de ces résultats pour la spintronique, un domaine qui vise à transporter l’information grâce au spin des électrons plutôt qu’au déplacement de charges.
Un goulot d’étranglement dans le transfert d’énergie
Les chercheurs attribuent ce retard à une asymétrie entre la relation énergie-impulsion des magnons et celle des phonons. Selon la préversion de l’article, ce décalage « crée des goulots d’étranglement de relaxation qui déterminent les durées de vie hors équilibre ».
Pour Hiroki Ueda, cet effet limite l’efficacité avec laquelle les magnons peuvent transférer leur énergie au réseau cristallin. Il laisse entrevoir comment des « matériaux spécialement conçus » pourraient servir à ajuster la durée de vie des magnons. Le PSI indique que cette durée de vie relativement longue pourrait laisser suffisamment de temps pour effectuer et contrôler des opérations logiques.
Une nouvelle technique de rayons X
Les expériences reposaient sur des mesures pompe-sonde : une impulsion de rayons X issue d’un laser à électrons libres arrive juste après l’impulsion optique, et en faisant varier le délai entre les deux, on obtient une séquence d’instantanés.
Parallèlement à deux méthodes déjà établies, l’équipe a utilisé pour la première fois la « diffusion diffuse résonante résolue en temps ». Ces mesures ont été réalisées sur la station expérimentale Furka du SwissFEL, et d’autres travaux ont été menés au synchrotron ESRF de Grenoble, en France. Des simulations quantiques-cinétiques ont servi à modéliser le flux d’énergie.
« Nos mesures concordent largement avec les calculs théoriques », a déclaré Hiroki Ueda. Le PSI a précisé qu’il s’agissait toujours de recherche fondamentale. Selon Scinexx, l’étude n’a pas encore déterminé quels matériaux conviendraient à des dispositifs, ni si elle débouchera réellement sur des circuits moins énergivores.
Article : « Hierarchical quasiparticle dynamics in antiferromagnets revealed by time- and momentum-resolved X-ray scattering » – Arnau Romaguera et al. – Nature Communications, 29.09.2026 (online) – DOI: 10.1038/s41467-026-77964-5
Source : PSI
