Première mondiale : le magnétisme induit à température ambiante

Des chercheurs européens ont réussi à démontrer pour la toute première fois comment la lumière laser peut induire un comportement quantique à température ambiante et rendre magnétiques des matériaux non magnétiques. Le résultat contribuerait à concevoir des ordinateurs plus rapides et plus économes en énergie, ainsi qu’à un transfert et un stockage d’informations plus efficaces.

Le potentiel de la technologie quantique est immense, mais il est aujourd’hui largement limité aux environnements extrêmement froids des laboratoires. Les chercheurs s’intéressent particulièrement aux propriétés particulières et bizarres des particules quantiques, qui s’écartent complètement des lois de la physique classique et peuvent rendre les matériaux magnétiques ou supraconducteurs.

En augmentant la compréhension de la façon exacte dont ces types d’états quantiques apparaissent et pourquoi, l’objectif est de pouvoir contrôler et manipuler les matériaux pour obtenir des propriétés quantiques.

Jusqu’à présent, les chercheurs n’ont pu induire des comportements quantiques, tels que le magnétisme et la supraconductivité, qu’à des températures extrêmement basses. Par conséquent, le potentiel de la recherche quantique est encore limité aux environnements de laboratoire.

Une 1ère dans l’induction du magnétisme à température ambiante

L’équipe de recherche est la première au monde à démontrer expérimentalement comment la lumière laser peut induire le magnétisme dans un matériau non magnétique à température ambiante. Dans l’étude, publiée dans Nature, les chercheurs ont soumis le matériau quantique titanate de strontium à des faisceaux laser courts mais intenses d’une longueur d’onde et d’une polarisation particulières, afin d’induire le magnétisme.

Stefano Bonetti, responsable de la recherche à l’Université de Stockholm et à l’Université Ca’ Foscari de Venise, explique : « L’innovation de cette méthode réside dans le concept de laisser la lumière déplacer les atomes et les électrons de ce matériau dans un mouvement circulaire, afin de générer des courants qui le rendent aussi magnétique qu’un aimant de réfrigérateur. Nous avons pu le faire en développant une nouvelle source de lumière dans l’infrarouge lointain avec une polarisation en forme de « tire-bouchon. C’est la première fois que nous pouvons induire et voir clairement comment le matériau devient magnétique à température ambiante dans une expérience. De plus, notre approche permet de fabriquer des matériaux magnétiques à partir de nombreux isolants, alors que les aimants sont généralement fabriqués à partir de métaux. À long terme, cela ouvre la voie à des applications totalement nouvelles dans la société. »

Des applications pour les technologies de l’information

La méthode est basée sur la théorie de la «multiferroïcité dynamique», qui prédit que lorsque les atomes de titane sont « remués » avec une lumière polarisée circulairement dans un oxyde à base de titane et de strontium, un champ magnétique se forme. Mais ce n’est que maintenant que la théorie peut être confirmée en pratique. Cette percée devrait avoir de larges applications dans plusieurs technologies de l’information.

Alexander Balatsky, professeur de physique à NORDITA, déclare : « Cela ouvre la voie à des commutateurs magnétiques ultra-rapides qui peuvent être utilisés pour un transfert d’informations plus rapide et un stockage de données considérablement meilleur, ainsi que pour des ordinateurs significativement plus rapides et plus économes en énergie. »

En fait, les résultats de l’équipe ont déjà été reproduits dans plusieurs autres laboratoires, et une publication dans le même numéro de Nature démontre que cette approche peut être utilisée pour écrire, et donc stocker, des informations magnétiques.

Légende illustration : Stefano Bonetti dans son laboratoire à l’université de Stockholm. Photo : Fondation Knut et Alice Wallenbergs/Magnus Bergström

Article : « Terahertz electric-field-driven dynamical multiferroicity in SrTiO3 » – DOI: 10.1038/s41586-024-07175-9