Sciences énergies environnement /Le monde selon la physique /WEEK08 / ETES VOUS MAGNETISABLE ,,,,???

Le sujet d’ajour’ hui nous interpelle sur le magnétisme des matériaux :’’ Researchers present evidence for exotic magnetic phase of matter by Brookhaven National Laboratorx xxxxxxxxxx Des chercheurs présentent des preuves d'une phase magnétique exotique de la matière par le laboratoire national de Brookhaven PKOTO/Vue d'artiste de la façon dont l'équipe a identifié cette phase historique de la matière. Les chercheurs ont utilisé des rayons X pour mesurer comment les spins (flèches bleues) se déplacent lorsqu'ils sont perturbés et ont pu montrer qu'ils oscillent en longueur dans le schéma illustré ci-dessus. Ce comportement spécial se produit parce que la quantité de charge électrique sur chaque site (représentée par des disques jaunes) peut également varier et est l'empreinte digitale utilisée pour identifier le nouveau comportement. Crédit : Laboratoire national de Brookhaven Des scientifiques du Laboratoire national de Brookhaven du Département américain de l'énergie ont découvert un état magnétique de la matière prédit depuis longtemps appelé "isolant excitonique antiferromagnétique". "D'une manière générale, il s'agit d'un nouveau type d'aimant", a déclaré Mark Dean, physicien du Brookhaven Lab, auteur principal d'un article décrivant la recherche qui vient d'être publiée dans Nature Communications. "Étant donné que les matériaux magnétiques sont au cœur d'une grande partie de la technologie qui nous entoure, les nouveaux types d'aimants sont à la fois fondamentalement fascinants et prometteurs pour les applications futures." Le nouvel état magnétique implique une forte attraction magnétique entre les électrons dans un matériau en couches qui incite les électrons à organiser leurs moments magnétiques, ou "spins", en un motif "antiferromagnétique" régulier de haut en bas. L'idée qu'un tel antiferromagnétisme pourrait être entraîné par un couplage d'électrons original dans un matériau isolant a été prédite pour la première fois dans les années 1960, alors que les physiciens exploraient les différentes propriétés des métaux, des semi-conducteurs et des isolants. "Il y a soixante ans, les physiciens commençaient à peine à se demander comment les règles de la mécanique quantique s'appliquaient aux propriétés électroniques des matériaux", a déclaré Daniel Mazzone, un ancien physicien du Brookhaven Lab qui a dirigé l'étude et qui travaille maintenant à l'Institut Paul Scherrer en Suisse. "Ils essayaient de comprendre ce qui se passe lorsque vous réduisez de plus en plus le" fossé d'énergie "électronique entre un isolant et un conducteur. Changez-vous simplement un simple isolant en un simple métal où les électrons peuvent se déplacer librement, ou faites-vous quelque chose de plus intéressant s'est-il passé?" La prédiction était que, sous certaines conditions, vous pourriez obtenir quelque chose de plus intéressant : à savoir « l'isolant excitonique antiferromagnétique » que vient de découvrir l'équipe de Brookhaven. Pourquoi ce matériau est-il si exotique et intéressant ? Pour comprendre, plongeons dans ces termes et explorons comment ce nouvel état de la matière se forme. Dans un antiferromagnétique, les électrons des atomes adjacents ont leurs axes de polarisation magnétique (spins) alignés dans des directions alternées : haut, bas, haut, bas, etc. À l'échelle de l'ensemble du matériau, ces orientations magnétiques internes alternées s'annulent, ce qui n'entraîne aucun magnétisme net de l'ensemble du matériau. De tels matériaux peuvent être commutés rapidement entre différents états. Ils résistent également à la perte d'informations due aux interférences des champs magnétiques externes. Ces propriétés rendent les matériaux antiferromagnétiques attractifs pour les technologies de communication modernes. Ensuite, nous avons l'excitonique. Les excitons apparaissent lorsque certaines conditions permettent aux électrons de se déplacer et d'interagir fortement les uns avec les autres pour former des états liés. Les électrons peuvent également former des états liés avec des "trous", les lacunes laissées lorsque les électrons sautent vers une position ou un niveau d'énergie différent dans un matériau. Dans le cas des interactions électron-électron, la liaison est entraînée par des attractions magnétiques suffisamment fortes pour surmonter la force de répulsion entre les deux particules de même charge. Dans le cas d'interactions électron-trou, l'attraction doit être suffisamment forte pour surmonter le « trou d'énergie » du matériau, caractéristique d'un isolant. Un isolant est le contraire d'un métal ; c'est un matériau qui ne conduit pas l'électricité », a déclaré Dean. Les électrons dans le matériau restent généralement dans un état d'énergie faible ou « terrestre ». « Les électrons sont tous bloqués sur place, comme des personnes dans un amphithéâtre rempli ; ils ne peuvent pas se déplacer », a-t-il déclaré. Pour faire bouger les électrons, vous devez leur donner un regain d'énergie suffisamment important pour surmonter un écart caractéristique entre l'état fondamental et un niveau d'énergie plus élevé. Dans des circonstances très particulières, le gain d'énergie des interactions magnétiques électron-trou peut l'emporter sur le coût énergétique des électrons sautant à travers l'écart d'énergie. Désormais, grâce à des techniques avancées, les physiciens peuvent explorer ces circonstances particulières pour comprendre comment l'état de l'isolant excitonique antiferromagnétique émerge. Une équipe collaborative a travaillé avec un matériau appelé oxyde de strontium iridium (Sr3Ir2O7), qui est à peine isolant à haute température. Daniel Mazzone, Yao Shen (Brookhaven Lab), Gilberto Fabbris (Argonne National Laboratory) et Jennifer Sears (Brookhaven Lab) ont utilisé des rayons X à l'Advanced Photon Source - une installation utilisateur du DOE Office of Science au Laboratoire national d'Argonne - pour mesurer le interactions magnétiques et coût énergétique associé des électrons en mouvement. Jian Liu et Junyi Yang de l'Université du Tennessee et les scientifiques d'Argonne Mary Upton et Diego Casa ont également apporté d'importantes contributions. L'équipe a commencé son enquête à haute température et a progressivement refroidi le matériau. Avec le refroidissement, l'écart énergétique s'est progressivement rétréci. À 285 Kelvin (environ 53 degrés Fahrenheit), les électrons ont commencé à sauter entre les couches magnétiques du matériau mais ont immédiatement formé des paires liées avec les trous qu'ils avaient laissés derrière eux, déclenchant simultanément l'alignement antiferromagnétique des spins d'électrons adjacents. Hidemaro Suwa et Christian Batista de l'Université du Tennessee ont effectué des calculs pour développer un modèle utilisant le concept de l'isolant excitonique antiferromagnétique prédit, et ont montré que ce modèle explique de manière exhaustive les résultats expérimentaux. "En utilisant les rayons X, nous avons observé que la liaison déclenchée par l'attraction entre les électrons et les trous restitue en fait plus d'énergie que lorsque l'électron saute par-dessus la bande interdite", a expliqué Yao Shen. "Parce que l'énergie est économisée par ce processus, tous les électrons veulent le faire. Ensuite, une fois que tous les électrons ont accompli la transition, le matériau semble différent de l'état à haute température en termes d'arrangement global des électrons et des spins. Le nouveau implique que les spins électroniques sont ordonnés dans un motif antiferromagnétique tandis que les paires liées créent un état isolant «verrouillé». L'identification de l'isolant excitonique antiferromagnétique complète un long voyage explorant les manières fascinantes que les électrons choisissent de s'organiser dans les matériaux. À l'avenir, la compréhension des liens entre le spin et la charge dans ces matériaux pourrait avoir un potentiel pour la réalisation de nouvelles technologies xxxxxxxxxxxxxxxxx Explore further Study shows that monolayer tungsten ditelluride is an excitonic insulator More information: D. G. Mazzone et al, Antiferromagnetic excitonic insulator state in Sr3Ir2O7, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-28207-w Journal information: Nature Communication Xxxxxxxxxxxxxxxx Mon commentaire Cette découverte d’ un antiferromagnétisme induit par irradiation RX est intéressante et itile …. Profitons pour rappeler un peu de physique à nos lecteurs ! C’est la présence d’ électrons célibataires , de leur onde de spin et de bandes interdites qui déterminent la susceptibilité d un magnétique d’un matériau . Ferromagnétisme tous les spins sont alignés et parallèles ; antiferromagnétisme spins alignés et alternativement inverses ; paramagnétisme spins désordonnés mais orientables ; diamagnétisme pas de spins ; ferrimagnétisme spins alignés antiparallèles et inégaux