Des scientifiques ont découvert que l’intensité de la force magnétique de la magnétite (1), le minéral magnétique le plus abondant sur Terre, décline spectaculairement lorsque celui-ci est soumis à de fortes pressions. Les chercheurs du laboratoire de géophysique de l’Institution Carnegie, et leurs collègues du laboratoire d'Argonne, ont constaté que lorsque de la magnétite est soumise à des pressions de 120 000 à 160 000 fois la pression atmosphérique, l’intensité de sa force magnétique diminuait de moitié. Ils ont découvert que ce changement était dû à un phénomène de couplage du spin électronique.
La magnétite est le minéral magnétique le plus abondant sur Terre
Le magnétisme a pour origine les électrons non appariés des matériaux magnétiques. La force d'un aimant est une conséquence de l’alignement des spins de ces différents électrons. Les travaux des chercheurs ont montré que l’affaiblissement du magnétisme était dû à une diminution du nombre d'électrons non appariés.
« On trouve de la magnétite en petite quantité dans certaines bactéries, chez certains insectes, dans le cerveaux de quelques oiseaux et même chez l'homme, » commente Yang Ding, l'auteur principal de l'étude. « Les premiers navigateurs l'utilisaient pour trouver le pôle Nord magnétique et les oiseaux l'utilisent pour leur navigation. Elle est désormais utilisée dans le domaine des nanotechnologies. Mais comprendre le comportement de la magnétite est difficile parce que la forte interaction entre ses électrons complique sa structure électronique et ses propriétés magnétiques. »
Pour étudier ce minéral, les chercheurs ont développé et ont appliqué une technique nouvelle, appelée « dichroïsme circulaire magnétique à Rayons-X (XMCD) » sur une installation synchrotron à grande énergie. La technique permet de sonder l'état magnétique de la magnétite tandis qu'une enclume de diamant soumet l’échantillon à une pression de plus d’une centaine de milliers d’atmosphères. Les chercheurs ont combiné leurs résultats expérimentaux avec des calculs théoriques pour déterminer exactement la raison pour laquelle la force magnétique se modifiait. L'étude, publiée en février dans les Physical Review Letters, révèle que la configuration des spins des électrons aux endroits ferreux du minéral était à l'origine du phénomène.
Cette découverte montre non seulement les effets importants de la pression sur le magnétisme, mais elle révèle également, pour la première fois, que la pression induit une transition dans le couplage des spins qui a comme conséquence des variations de la mobilité des électrons et de leur structure.
"La découverte est importante," déclare Ding. "Elle permet de mieux comprendre la corrélation entre magnétisme, transferts électroniques et stabilité structurale dans les matériaux ayant de fortes interactions électroniques, comme la magnétite."
(1) La magnétite est un des principaux minerais de fer, sa formule chimique est Fe3O4.
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