Observation du dipôle électrique associé à des ondes de spin dans le graphène

Publié par Adrien le 10/01/2022 à 09:00
Source: CEA
En utilisant un analogue électronique d'un interféromètre de Mach-Zehnder, des chercheurs du CEA-Iramis et leurs partenaires observent pour la première fois le dipôle électrique associé à des ondes de spin (magnons) dans un ferromagnétique en régime Hall quantique. Ces ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...) de spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque...) pourraient notamment permettre de transférer une information d'un bit quantique à un autre.

Constitué d'une couche monoatomique de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...), le graphène (Cet article ne doit pas être confondu avec l’article graphème.) est un système électronique bidimensionnel. Si on lui applique un fort champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux...), les électrons se répartissent sur des niveaux d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) bien identifiés et entièrement polarisés en spin, dans un régime dit d'effet Hall (L'effet Hall classique a été découvert en 1879 par Edwin Herbert Hall : un courant...) quantique.

En ajustant la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) d'électrons et le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique, on peut obtenir un ferromagnétique bidimensionnel parfait, où tous les spins électroniques pointent dans la même direction. Dans ce cas, la propagation des électrons se limite aux bords de l'échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou...) et l'intérieur devient globalement isolant (Un isolant est un matériau qui permet d'empêcher les échanges d'énergie entre deux systèmes....).

Dans un tel ferromagnétique, il est possible de produire, en appliquant un potentiel bien choisi, des ondes de spin ou magnons qui sont des oscillations de spins électroniques, sans déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles...) de charges électriques. Selon les théoriciens, ces excitations magnétiques présenteraient un dipôle électrique (Le dipôle électrique est un conducteur électrique possédant deux bornes.).

Pour le vérifier, des chercheurs de l'Iramis ont sondé des magnons à l'aide d'un interféromètre de Mach-Zehnder électronique, réalisé dans une jonction p-n en graphène.

L'effet dipolaire recherché déséquilibre les deux bras de l'interféromètre, introduisant un déphasage bien visible. Par ailleurs, la dégradation du contraste de la figure d'interférences témoigne d'une émission aléatoire de magnons.

Cette preuve expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes...) a pour conséquence qu'il devient possible de commander des magnons grâce à un champ électrique (En physique, on désigne par champ électrique un champ créé par des particules...), et non pas seulement grâce à un champ magnétique, moins aisé à manipuler. Elle ouvre en réalité tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) un champ expérimental, basé sur une nouvelle classe de circuits quantiques.

Ces travaux ont été réalisé en collaboration avec l'IPhT et des expérimentateurs japonais (NTT Basic (En programmation, BASIC est un acronyme pour Beginner's All-purpose Symbolic Instruction Code. qui...) Research Laboratories et National Institute for Materials Science).

Références:
Excitonic nature of magnons in a quantum (En physique, un quantum (mot latin signifiant « combien » et qui s'écrit...) Hall ferromagnet, Nat. Phys.
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