Ces dernières années, de nombreux physiciens et spécialistes des matériaux ont étudié une nouvelle classe de matériaux magnétiques connue sous le nom d’alter-aimants. Ces matériaux présentent un type unique de magnétisme qui diffère à la fois du ferromagnétisme et de l’antiferromagnétisme conventionnels, marqué par des électrons dont le spin varie en fonction de leur impulsion.
Ce magnétisme unique rend les alter-aimants très prometteurs pour le développement de nouveaux dispositifs spintroniques et électroniques. Cela ouvre également de nouvelles possibilités pour l’étude des matériaux topologiques (c’est-à-dire des systèmes dotés de propriétés électroniques uniques provenant de la topologie de leur structure électronique).
Des chercheurs de l’Université Stony Brook ont mené une étude visant à mieux comprendre la réponse non linéaire des alter-aimants planaires. Leur papier, publié dans Lettres d’examen physiquerapporte l’observation d’une réponse non linéaire dans ces matériaux dérivée de leur géométrie quantique.
« Récemment, deux expériences ont confirmé le rôle prédit de la géométrie quantique dans la réponse du second ordre des antiferromagnétiques symétriques PT conventionnels », a déclaré Sayed Ali Akbar Ghorashi, co-auteur de l’article, à Phys.org.
« Dans ces matériaux, en raison de la combinaison des symétries de parité (P) et d’inversion du temps (T), la courbure de Berry (la composante imaginaire du tenseur géométrique quantique) disparaît, et il est montré que la réponse du second ordre est régie par la métrique quantique (la composante réelle du tenseur géométrique quantique). »
Les alter-aimants n’ont pas la symétrie PT combinée. En conséquence, l’influence de la géométrie quantique sur la réponse non linéaire rapportée dans ces matériaux est restée insaisissable.
« Le but de notre travail était de dériver la réponse non linéaire des alter-aimants et de distinguer les contributions de la courbure de Berry et de la métrique quantique », a déclaré Ghorashi. « Nos conclusions se sont révélées plus spectaculaires que prévu. »
À l’origine, Ghorashi et ses collègues avaient pour objectif d’étudier la réponse non linéaire des alter-aimants et les facteurs à l’origine de cette réponse. Pour ce faire, ils ont d’abord calculé toutes les contributions à la réponse non linéaire des alter-aimants jusqu’au troisième ordre dans le champ électrique, en utilisant la théorie semi-classique de Boltzmann.
« Nous avons découvert l’origine géométrique quantique de chaque terme, ordre par ordre dans le temps de diffusion », a déclaré Ghorashi. « Ensuite, pour chaque alter-aimant plan, nous avons utilisé la symétrie pour déterminer quelles contributions survivent dans les composantes longitudinales et de Hall de la conductivité du troisième ordre. »
Les calculs et analyses effectués par les chercheurs ont donné des résultats surprenants et instructifs. Plus précisément, ils ont identifié des réponses non linéaires dans les alter-aimants planaires induites par la géométrie quantique des matériaux.
« Remarquablement, en raison de la symétrie d’inversion, les alter-aimants ont une réponse de second ordre qui disparaît », a expliqué Ghorashi.
« Par conséquent, à notre connaissance, ils constituent la première classe de matériaux où la réponse du troisième ordre est la principale réponse non linéaire. De plus, nous avons montré que cette réponse est géante en raison de la division de spin importante dans ces matériaux. De plus, le faible couplage spin-orbite (par rapport au terme d’échange magnétique) des alter-aimants apparaît également dans leur réponse non linéaire, fournissant une nouvelle caractérisation du transport pour cette nouvelle classe de matériaux, qui se limitait auparavant à la recherche d’une conductivité Hall anormale linéaire.
Les résultats de cette étude récente ouvrent de nouvelles possibilités pour l’étude des alter-aimants et de leurs propriétés uniques. Plus particulièrement, il révèle des caractéristiques distinctives du transport non linéaire dans cette classe de matériaux nouvellement découverte, qui pourraient guider de futures expériences visant à les examiner plus en profondeur et à délimiter divers aspects de leur géométrie quantique.
« L’une de nos futures orientations de recherche immédiate sera d’aller au-delà de l’approximation du temps de relaxation et d’étudier l’effet du désordre dont il a déjà été démontré qu’il enrichit la physique des antiferromagnétiques symétriques PT », a ajouté Ghorashi.
Plus d’informations :
Yuan Fang et al, Transport non linéaire induit par la géométrie quantique dans les alter-aimants, Lettres d’examen physique (2024). DOI : 10.1103/PhysRevLett.133.106701. Sur arXiv: DOI : 10.48550/arxiv.2310.11489
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