Les atomes des matériaux magnétiques sont organisés en régions appelées domaines magnétiques. Dans chaque domaine, les électrons ont la même orientation magnétique. Cela signifie que leurs spins pointent dans la même direction. Des « murs » séparent les domaines magnétiques. Un type de paroi a des rotations de spin qui sont à gauche ou à droite, connues sous le nom de chiralité. Lorsqu’elles sont soumises à un champ magnétique, les parois des domaines chiraux se rapprochent les unes des autres, rétrécissant les domaines magnétiques.
Les chercheurs ont développé un matériau magnétique dont l’épaisseur détermine si les parois du domaine chiral ont la même sensibilité ou une alternance. Dans ce dernier cas, l’application d’un champ magnétique conduit à l’annihilation des parois des domaines en collision. Les chercheurs ont combiné la diffusion des neutrons et la microscopie électronique pour caractériser ces caractéristiques microscopiques internes, ce qui a permis de mieux comprendre le comportement magnétique.
Un domaine technologique émergent appelé spintronique implique le traitement et le stockage d’informations en exploitant le spin d’un électron au lieu de sa charge. La capacité de contrôler cette propriété fondamentale pourrait ouvrir de nouvelles possibilités pour le développement d’appareils électroniques. Par rapport à la technologie actuelle, ces appareils pourraient stocker plus d’informations dans moins d’espace et fonctionner à des vitesses plus élevées avec une consommation d’énergie moindre.
Publié dans Nano-lettres, cette étude démontre un moyen de modifier le sens de rotation et l’occurrence des paires de parois de domaine. Cela suggère une voie potentielle pour contrôler les propriétés et le mouvement des murs de domaine. Les résultats pourraient avoir des implications pour les technologies basées sur la spintronique.
La capacité de manipuler le mouvement de la paroi du domaine est restée un défi car les domaines généralement magnétiques peuvent changer d’orientation de manière aléatoire. De plus, les limites de domaine se déplacent de manière imprévisible lorsque la taille des domaines est réduite pour s’adapter à une densité de stockage d’informations plus élevée. Cependant, une classe de matériaux appelés aimants chiraux a montré un potentiel pour atténuer le comportement de paroi de domaine aléatoire. En effet, les aimants chiraux présentent des structures de spin complexes, qui aident à réduire l’inversion aléatoire des domaines.
Des chercheurs de l’Université de l’Indiana à l’Université Purdue d’Indianapolis, du Laboratoire national d’Oak Ridge, de l’Université d’État de Louisiane, de l’Université d’État de Norfolk, de l’Institut Peter Grünberg et de l’Université de Louisiane à Lafayette ont développé un matériau magnétique chiral en insérant des atomes de manganèse entre des couches hexagonales de composés de disulfure de niobium. . En réalisant des expériences neutroniques au High Flux Isotope Reactor (HFIR), l’équipe a pu analyser la nanostructure magnétique du matériau lorsqu’il est soumis à différentes températures et champs magnétiques.
Ces mesures ont été combinées à une caractérisation par microscopie électronique à transmission Lorentz, permettant une compréhension plus complète du comportement magnétique. Les données de l’équipe suggèrent que la modification de l’épaisseur de l’aimant chiral peut entraîner la rotation de certaines paires de parois de domaine dans des directions opposées, connues comme ayant une chiralité opposée. De plus, les chercheurs ont découvert que les parois de domaine avec une chiralité opposée se déplaceront l’une vers l’autre et s’annihileront lorsqu’elles seront exposées à un champ magnétique externe. Les résultats pourraient éclairer les recherches futures sur le contrôle des propriétés magnétiques pour les applications technologiques.
Sunil K. Karna et al, Annihilation et contrôle des parois du domaine chiral avec des champs magnétiques, Nano-lettres (2021). DOI : 10.1021/acs.nanolett.0c03199