SCIENCEZS ENERGIES ENVIRONNEMENT

 

ot just spin—electron orbitals can provide new method for controlling magnetism

by The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)

edited by Sadie Harley, reviewed by Robert Egan

 Editors' notes

 The GIST

Au-delà du spin : les orbitales électroniques offrent une nouvelle méthode pour contrôler le magnétisme

Par l’Institut supérieur coréen des sciences et technologies (KAIST)

Édité par Sadie Harley, révisé par Robert Egan

Notes de l’éditeur

Le GIST

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Illustration du système à texture orbitale p avec interaction spin-orbite (SOI), décrit par l’hamiltonien de l’équation (3). La couleur de chaque orbitale p représente la phase de la fonction d’onde. Les dynamiques de spin et orbitale sont couplées par l’interaction spin-orbite : dans le secteur orbital, cette interaction induit un moment angulaire orbital (OAM) et un moment angulaire orbital (OAP) stationnaires non triviaux, tandis que dans le secteur de spin, elle donne lieu à une anisotropie magnétocristalline (MCA), à un amortissement magnétique et à une inertie magnétique. Les densités de moment angulaire orbital (OAM, lj) et de moment angulaire orbital (OAP, ljk) induites par le courant interagissent avec les orbitales localisées des matériaux ferromagnétiques via des interactions d'échange orbital, ce qui entraîne des modifications, sous l'effet du courant, de l'anisotropie magnétique (MCA), de l'amortissement magnétique et du rapport gyromagnétique. Crédit : Nature Communications (2026). DOI : 10.1038/s41467-026-68846-x

Des recherches sont activement menées pour développer une « mémoire optimisée » capable de réduire la dissipation thermique des smartphones et des ordinateurs portables tout en offrant des performances accrues et une consommation d'énergie moindre. Des chercheurs coréens proposent une nouvelle approche pour contrôler le magnétisme en exploitant l'interaction d'échange des orbitales électroniques (le mouvement des électrons autour du noyau atomique), plutôt que de s'appuyer sur l'interaction d'échange conventionnelle du spin électronique (la propriété de rotation des électrons dans les semi-conducteurs).

Un nouveau cadre théorique pour le contrôle du magnétisme

Une équipe de recherche conjointe, dirigée par le professeur Kyung-Jin Lee du département de physique de KAIST et le professeur Kyoung-Whan Kim du département de physique de l'université Yonsei, a établi, pour la première fois au monde, un nouveau cadre théorique permettant de contrôler librement le magnétisme grâce à l'interaction d'échange orbital. Ce cadre s'affranchit des limitations des technologies conventionnelles qui contrôlent le magnétisme par des courants électriques. L'étude est publiée dans la revue Nature Communications.

Jusqu'à présent, la recherche sur les mémoires de nouvelle génération s'est principalement concentrée sur le spin des électrons. Le spin désigne la propriété des électrons de tourner sur eux-mêmes, à la manière de minuscules toupies, et l'information peut être stockée en exploitant le sens de cette rotation. Cependant, les électrons se déplacent simultanément autour du noyau atomique le long de trajectoires appelées orbitales.

Dans cette étude, l'équipe de recherche a démontré théoriquement que, lorsqu'un courant électrique circule, l'énergie orbitale des électrons interagit directement avec les orbitales des matériaux magnétiques, permettant ainsi la transmission d'informations.

Grâce à ce mécanisme, ils ont confirmé que les propriétés des aimants peuvent être modifiées beaucoup plus efficacement qu'avec les approches conventionnelles basées sur le spin.

Implications pour les futurs dispositifs électroniques

Le résultat le plus significatif de cette recherche est la découverte que le courant électrique ne se contente pas de modifier la direction d'un aimant, mais peut également modifier ses propriétés intrinsèques, telles que l'anisotropie magnétique (sa direction privilégiée) et ses caractéristiques rotationnelles.

En particulier, les calculs de l'équipe de recherche ont montré que les effets de contrôle orbitalaire pouvaient être nettement plus importants que les méthodes existantes basées sur le spin. Cette découverte ouvre la voie à une future ère de dispositifs électroniques orbitaux, où les orbitales, et non le spin, joueraient un rôle central dans les composants semi-conducteurs.

Les chercheurs proposent également des méthodes expérimentales pratiques pour mesurer ces effets, ce qui devrait accroître le potentiel d'applications industrielles.

Lien avec les matériaux altermagnétiques émergents

Ce principe pourrait également s'appliquer aux matériaux altermagnétiques, qui ont récemment suscité un vif intérêt dans le monde académique.

L'altermagnétisme désigne une nouvelle forme de matériau magnétique dans laquelle les spins des électrons au sein des atomes sont orientés alternativement selon un motif ordonné. Bien que ces matériaux ne présentent pas de propriétés magnétiques externes, ils influencent fortement le mouvement des électrons.

Grâce à cette propriété, ils permettent un contrôle précis des états électroniques et sont considérés comme prometteurs pour les dispositifs semi-conducteurs à haute vitesse et basse consommation, ainsi que pour les technologies de mémoire de nouvelle génération. Cette étude fournit donc une base théorique solide pour le développement des futurs dispositifs logiques et de mémoire.

Le Dr Geun-Hee Lee a déclaré : « Cette étude démontre que le contrôle du magnétisme par courant électrique ne repose pas nécessairement uniquement sur le spin. Une nouvelle perspective – la compréhension et le contrôle du magnétisme par le mouvement orbital des électrons – constituera une étape importante pour le développement de la mémoire ultrarapide et basse consommation de nouvelle génération. »

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RESUME

Au-delà du spin : les orbitales électroniques offrent une nouvelle méthode de contrôle du magnétisme.

Les orbitales électroniques, et non le seul spin, peuvent être utilisées pour contrôler le magnétisme des matériaux, permettant une manipulation plus efficace des propriétés magnétiques telles que l’anisotropie magnétique via un courant électrique. Les effets orbitaux pourraient surpasser les méthodes conventionnelles basées sur le spin, ouvrant la voie au développement de dispositifs de mémoire et de logique plus rapides et à faible consommation, notamment pour les applications dans les matériaux altermagnétiques émergents.

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COMMENTAIRE 

Utiliser davantage les propriétés du manésium   ???Je rappelle que c 'est un français Victor  Grignarg  qui grace sa découverte des organo-manésiens a ramassé le prix Nobel  en 1912  !!!

xxxPublication details

Geun-Hee Lee et al, Orbital exchange-mediated current control of magnetism, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-68846-x

Journal information: Nature Communications 

Key concepts

Electronic structureMagnetism