Les antiferromagnétiques sont des matériaux dans lesquels les moments magnétiques des atomes voisins sont alignés de manière alternée, ce qui entraîne l’absence de magnétisme macroscopique net. Ces matériaux ont des propriétés intéressantes qui pourraient être favorables au développement de dispositifs spintroniques et électroniques.
Des chercheurs de l’Université Harvard ont récemment observé un effet de diode antiferromagnétique dans le MnBi2Te4 à couches uniformes, un matériau antiferromagnétique caractérisé par un cristal centrosymétrique qui ne présente pas de séparation de charge directionnelle. L’effet qu’ils ont observé pourrait être exploité pour développer diverses technologies, notamment des transistors à effet de champ dans le plan et des dispositifs de récupération d’énergie micro-ondes.
La recherche est publié dans le journal Électronique naturelle.
L’effet diode, observé dans de nombreux matériaux, se traduit par un flux de courant électrique dans une seule direction au sein d’un dispositif. Les matériaux présentant cet effet ont été utilisés pour développer divers dispositifs, notamment des récepteurs radio, des circuits numériques, des capteurs de température et des circuits micro-ondes.
Récemment, des chercheurs ont observé un effet de diode supraconductrice dans des matériaux conducteurs dont la structure cristalline est dépourvue de centre de symétrie, également appelés conducteurs polaires non centrosymétriques. S’appuyant sur leurs observations, l’équipe de l’Université Harvard a entrepris de sonder l’existence d’un effet similaire dans l’isolant topologique antiferromagnétique MnBi2Te4.
« Les conducteurs polaires non centrosymétriques sont des diodes intrinsèques qui pourraient être utiles dans le développement d’applications non linéaires », ont écrit Anyuan Gao, Shao-Wen Chen et leurs collègues dans leur article. « De tels systèmes ont récemment été étendus aux supraconducteurs non centrosymétriques, et l’effet de diode supraconductrice a été observé. Nous rapportons un effet de diode antiferromagnétique dans un cristal centrosymétrique sans séparation de charge directionnelle. »
Les chercheurs ont fabriqué des dispositifs utilisant du MnBi2Te4 en couches uniformes avec deux configurations d’électrodes différentes. Certains de ces dispositifs étaient dotés d’électrodes à barre Hall (c’est-à-dire des électrodes longitudinales qui laissent passer le courant et des électrodes transversales utilisées pour mesurer l’effet Hall), tandis que les autres étaient dotés d’électrodes distribuées radialement (c’est-à-dire disposées selon un motif circulaire autour d’un point central).
Les chercheurs ont observé un effet de diode antiferromagnétique caractérisé par un transport non linéaire dans les deux types de dispositifs. Par la suite, ils ont recueilli diverses mesures pour confirmer que ce qu’ils avaient observé était bien un effet de diode antiferromagnétique.
Pour étudier les propriétés du MnBi2Te4 en couches uniformes et révéler l’effet de diode antiferromagnétique, l’équipe a utilisé diverses techniques, notamment une méthode optique à résolution spatiale et des techniques de collecte de mesures de génération de fréquence de somme électrique (SFG).
« Nous avons observé un important transport de deuxième harmonique dans un dispositif électronique non linéaire rendu possible par l’état antiferromagnétique compensé de MnBi2Te4 en couches uniformes », ont écrit Gao, Chen et leurs collègues.
« Nous montrons que cet effet de diode antiferromagnétique peut être utilisé pour créer des transistors à effet de champ dans le plan et des dispositifs de récupération d’énergie micro-onde. Nous montrons également que la génération de fréquences-sommes électriques peut être utilisée comme un outil pour détecter des réponses non linéaires dans les matériaux quantiques. »
Dans leur article, les auteurs soulignent le potentiel de l’effet diode antiferromagnétique qu’ils ont observé pour le développement de circuits logiques antiferromagnétiques, de récupérateurs de micro-ondes et de dispositifs spintroniques. Leurs travaux pourraient bientôt ouvrir la voie à des études supplémentaires explorant cet effet et la manière dont il pourrait être utilisé pour fabriquer de nouveaux dispositifs hautement performants.
Plus d’informations :
Anyuan Gao et al, Un effet de diode antiferromagnétique dans MnBi2Te4 en couches uniformes, Électronique naturelle (2024). DOI : 10.1038/s41928-024-01219-8.
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