Des physiciens identifient un magnétisme « octupolaire », avec des implications pour les technologies quantiques
par Sean Bettam, Université de Toronto
Édité par Sadie Harley, révisé par Robert Egan
Notes de la rédaction
L'essentiel
Ajouter comme source privilégiée
Schéma. Crédit : arXiv DOI : 10.48550/arxiv.2506.18978
La plupart des aimants possèdent deux pôles : nord et sud, ou positif et négatif, selon une configuration familière appelée « dipôle ». Cependant, les chercheurs découvrent de plus en plus des formes de magnétisme plus complexes.
Des avancées récentes en mécanique quantique ont révélé des ordres de magnétisme supérieurs, notamment un « ordre octupolaire » dans lequel une configuration de particules, disposées en structure cristalline au sein d'un matériau, se comporte comme si elle possédait huit pôles magnétiques plutôt que les deux habituels. Toutefois, la détection et le contrôle de ces états magnétiques insaisissables représentent un défi majeur.
Une équipe dirigée par des physiciens quantiques de l'Université de Toronto a désormais mis au point une nouvelle méthode pour observer ces états magnétiques quantiques ; elle utilise la lumière pour sonder les vibrations atomiques générées par le spin des électrons. Ces travaux constituent une première étape cruciale vers l'exploitation du magnétisme multipolaire pour des technologies concrètes, telles que les dispositifs de stockage de données et les systèmes informatiques de nouvelle génération.
« Nous avons identifié de nouvelles signatures d'un type d'état magnétique caché, indétectable par les sondes ordinaires », explique Arun Paramekanti, professeur au Département de physique et au Centre d'information et de contrôle quantiques de la Faculté des arts et des sciences de l'Université de Toronto, et auteur principal de l'étude décrivant ces résultats, publiée dans *Physical Review Letters*.
« Nos recherches ouvrent la voie à l'utilisation d'aimants d'ordre supérieur dans diverses applications, notamment pour des éléments de mémoire à lecture-écriture contrôlables, tels que ceux présents dans les ordinateurs du quotidien. »
Les vibrations atomiques révèlent un ordre magnétique caché
Les chercheurs ont découvert que l'exposition d'un matériau cristallin à la lumière, en déclenchant de minuscules vibrations au sein de sa structure atomique, permet de révéler des configurations magnétiques normalement invisibles aux techniques conventionnelles. Ils se sont concentrés sur des paquets d'énergie vibrationnelle se propageant dans le réseau cristallin du solide, appelés phonons. Plus précisément, ils ont recherché des phonons « chiraux », c'est-à-dire des phonons qui ne sont pas superposables à leur propre image miroir. « Tout comme une main gauche ne peut pas s'ajuster parfaitement sur une main droite bien qu'elles soient des images en miroir l'une de l'autre, les phonons chiraux possèdent une "chiralité" et existent sous des formes distinctes et non superposables », explique Rory Sutcliffe, doctorant au département de physique et auteur principal de l'étude.
Cette chiralité s'est avérée être un élément clé. Les chercheurs ont découvert que des états magnétiques octupolaires cachés laissent une signature unique dans ces vibrations, détectable grâce à la lumière. En projetant un type particulier de lumière rotative sur des matériaux magnétiques, l'équipe a observé une empreinte optique distincte de cet ordre magnétique autrement invisible.
« Nous avons constaté que l'émergence d'un ordre octupolaire peut conférer une chiralité spécifique à certains modes de phonons », déclare Swati Chaudhary, chercheuse associée de projet à l'Université de Tokyo et co-auteure de l'étude. « Ces vibrations se comportent différemment de celles observées dans les aimants conventionnels ; nous les qualifions donc de phonons "pseudo-chiraux", et elles offrent une nouvelle méthode pour identifier et étudier les états magnétiques cachés. »
Vers la maîtrise du magnétisme octupolaire
Kathleen Hart, doctorante au département de physique et co-auteure de l'étude, explique : « Nos travaux proposent une nouvelle sonde optique pour les ordres magnétiques cachés, difficiles à détecter par les techniques classiques, et jettent les bases d'une future maîtrise de ce magnétisme octupolaire via les vibrations atomiques au sein d'un matériau. »
Ces résultats offrent un nouvel outil pour découvrir et manipuler des formes de magnétisme jusqu'alors inaccessibles, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour le développement des technologies quantiques.
Détails de la publication
Ruairidh Sutcliffe et al., *Pseudochiral Phonons from Octupolar Magnetic Order*, Physical Review Letters (2026). DOI : 10.1103/n11w-csdh | Sur arXiv : DOI : 10.48550/arxiv.2506.18978
Informations sur la revue : *Physical Review Letters*, arXiv
XXXXXXXX
RESUME
Des physiciens identifient un magnétisme « octupolaire », aux implications prometteuses pour les technologies quantiques.
L'ordre magnétique octupolaire peut conférer une chiralité distincte aux vibrations du réseau cristallin, produisant des phonons « pseudo-chiraux » dont les signatures optiques sont détectables grâce à la lumière polarisée circulairement. Ces signatures permettent de sonder un ordre magnétique caché, difficilement détectable par les techniques conventionnelles.
XXXXXXXX
COMMENTAIRES
Avant de discuter du fond de l article expliquons à nos jeunes élèves ce qu 'on désigne par '' chiralite'' .....
.La chiralité est la propriété d'un objet, d'une forme ou d'une molécule qui n'est pas superposable à son image dans un miroir. C 'est un conceept trés utile en chimie organique par exemple
xxxxx
La polarisation de la lumiere qu 'est ce que c' est ? Dans le cas de a umière die ''
naturelle '' Le champ électrique avance mais oscille dans toutes les directions perpendiculaires à cette propagation ...Dans le cas de la
umière polarisée le champ électrique oscille dans une direction unique ou suit une trajectoire précise (circulairement elliptiquement).
xxxxxx
L 'ordre magnetique qu 'est ce que c 'est ???
L'ordre magnétique désigne la manière dont les moments magnétiques (les spins) des atomes s'organisent spontanément à l'échelle microscopique dans un matériau.Vous avez peut-etre lu sur ce site des articles sue le ferromagnetisme les verres de spins etc ...
XXXXXXX
Sur le fond de l article c est interessant quand il s agit de décrire pour un réseau cristalin solide complexe l'organisation des vibrations et je pense notamment au voisinage des structures lacunaires possibles
