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Les matériaux multiferroïques, qui combinent des propriétés électriques et magnétiques, pourraient révolutionner la technologie en permettant des dispositifs plus rapides, compacts et économes en énergie. Une étude récente a montré que l'iodure de nickel (NiI2) est un candidat prometteur pour ces applications, en raison de son couplage magnétoélectrique exceptionnel.
Lorsque les chercheurs irradient une fine couche d'iodure de nickel avec une impulsion laser ultrarapide, des phénomènes en forme de tire-bouchon appelés "oscillations magnétoélectriques hélicoïdales chirales" apparaissent. Ces phénomènes pourraient être utiles pour toute une série d'applications, notamment les mémoires informatiques rapides et compactes.
Image: Ella Maru Studio.
Menée par des chercheurs de l'Université du Texas à Austin et de l'Institut Max Planck, l'étude met en lumière les propriétés particulières de l'iodure de nickel, un matériau multiferroïque. Les matériaux ferroïques sont connus pour leurs alignements atomiques spécifiques qui leur confèrent des propriétés électriques, magnétiques ou élastiques. Les multiferroïques, eux, présentent plusieurs de ces propriétés simultanément, ce qui peut induire un phénomène de couplage magnétoélectrique. Ce dernier permet de manipuler les propriétés magnétiques d'un matériau via un champ électrique et vice-versa, ouvrant la voie à des avancées technologiques majeures.
L'équipe, dirigée par Frank Gao, a découvert que le NiI2 possédait un couplage magnétoélectrique particulièrement puissant. Ce résultat a été obtenu en irradiant des échantillons de ce matériau avec des impulsions laser ultrarapides, puis en observant les modifications des ordres électriques et magnétiques qui en résultent. Cette découverte pourrait transformer la conception des dispositifs électroniques en augmentant leur efficacité et en réduisant leur taille.
Emil Viñas Boström, co-auteur de l'étude, explique que deux facteurs sont essentiels pour comprendre la puissance de ce couplage: d'une part, le couplage spin-orbite, qui relie le spin des électrons à leur mouvement orbital autour des atomes d'iodure ; d'autre part, l'arrangement magnétique spécifique du NiI2, connu sous le nom de spirale ou hélice de spin. Ces caractéristiques sont cruciales pour l'établissement de l'ordre ferroélectrique et la force du couplage magnétoélectrique.
Les applications potentielles du NiI2 sont vastes. Parmi celles-ci, on trouve la mémoire magnétique pour ordinateurs, qui pourrait devenir beaucoup plus rapide et économe en énergie grâce à ce matériau. De plus, ce couplage pourrait améliorer les connexions dans les ordinateurs quantiques, ou encore être utilisé dans des capteurs chimiques de haute précision pour l'industrie pharmaceutique.
Les chercheurs espèrent que ces découvertes permettront d'identifier d'autres matériaux avec des propriétés similaires et de renforcer artificiellement le couplage magnétoélectrique pour maximiser leur potentiel.
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