Aperçu de l’émergence rapide de la magnétisation

La vitesse de magnétisation d’un matériau a été découverte par une équipe internationale de scientifiques.

Les chercheurs de l’Université de Lancaster, de l’Université de Californie à San Diego, de l’Institut de physique et de technologie de Moscou et de l’Université Radboud ont mis en lumière l’une des questions les plus intrigantes du magnétisme : à quelle vitesse l’aimantation peut-elle être créée dans un matériau ?

Leurs recherches sont publiées dans Communication Nature.

Les chercheurs ont examiné l’alliage magnétique commun de fer et de rhodium (FeRh) qui présente une transition à la fois dans sa structure et son magnétisme lorsqu’il est chauffé juste au-dessus de la température ambiante. À température ambiante, FeRh n’a pas de magnétisation nette en raison de sa nature antiferromagnétique, mais lorsqu’il est chauffé juste au-dessus de la température ambiante, le matériau devient un ferromagnétique.

Les chercheurs ont découvert que FeRh subit une transition vers sa phase ferromagnétique en trois étapes :

La connaissance des différentes étapes impliquées et de leurs échelles de temps correspondantes pour induire une aimantation bien définie avec une impulsion lumineuse offre la possibilité d’utiliser FeRh dans une technologie de stockage de données d’un avenir proche.

Par exemple, FeRh peut être utilisé comme support de stockage dans l’enregistrement magnétique assisté par la chaleur (HAMR), une technologie qui utilise à la fois la chaleur externe et les champs magnétiques locaux pour stocker des informations avec une densité de bits beaucoup plus élevée – de minuscules régions magnétiques où les informations sont stockées.

Le physicien Dr Rajasekhar Medapalli de l’Université de Lancaster déclare que « la compréhension des détails des différentes étapes impliquées dans l’émergence rapide de la magnétisation dans un matériau aide les scientifiques à développer des technologies de stockage de données magnétiques ultra-rapides et économes en énergie ».

La recherche impliquait l’utilisation d’impulsions laser ultracourtes intenses pour chauffer rapidement FeRh dans un bref stimulus artificiel ne durant qu’un quadrillionième de seconde. Lors de l’interaction avec le matériau, l’impulsion laser a augmenté la température de quelques centaines de degrés Celsius à des échelles de temps inférieures à un milliardième de seconde.

Pendant longtemps, cela a été un objectif fascinant pour les chercheurs en physique de la matière condensée d’utiliser cette chaleur ultra-rapide et de pouvoir contrôler la transition de phase magnétique dans FeRh, mais la détection expérimentale de cette transition a été un défi.

Pour surmonter le défi, les scientifiques ont utilisé le fait que la magnétisation variable dans le temps produit un champ électrique variable dans le temps dans un milieu qui devrait agir comme un émetteur de rayonnement. Le rayonnement émis contient des informations sensibles sur son origine, c’est-à-dire une magnétisation variant dans le temps dans l’échantillon.

Les chercheurs ont utilisé la nouvelle technique de spectroscopie résolue en temps à double pompe développée à l’Université Radboud. Ils ont utilisé deux impulsions laser pour un double pompage : tandis que la première impulsion laser sert de chauffage ultrarapide, la seconde aide à générer un champ électrique. En détectant ce champ à plusieurs intervalles de temps entre les deux impulsions laser, les chercheurs ont pu observer à quelle vitesse l’aimantation émerge dans le matériau.