Les matériaux antiferromagnétiques commencent à focaliser l’attention des physiciens qui voient en eux l’espoir de dépasser toutes les limites auxquelles sont confrontés les dispositifs à bases de ferromagnétiques, en étant potentiellement plus rapides, plus denses, plus robustes, et moins énergivores. Ce potentiel est aujourd’hui quasiment inexploité car la connaissance de leurs propriétés microscopiques exige des techniques des caractérisations lourdes, par exemple basées sur les neutrons produits par des réacteurs nucléaires ou sur des sources de rayonnement synchrotron. La disponibilité de nouvelles techniques de microscopie pour ces matériaux antiferromagnétiques permettrait de déverrouiller la compréhension de leurs propriétés physiques.

Une nouvelle méthode de microscopie magnétique, particulièrement adaptée pour imager les antiferromagnétiques, exploite les propriétés de photoluminescence d’un atome artificiel individuel (défaut ponctuel appelé centre NV) implanté au sein d’une pointe en diamant et intégré dans un microscope à force atomique. L’extrême sensibilité de cette sonde au champ magnétique a été mise en œuvre pour cartographier les propriétés locales d’un antiferromagnétique avec une résolution de quelques dizaines de nanomètres. Une équipe de chercheurs associant le laboratoire Charles Coulomb de Montpellier, l’Université de Bâle et cinq laboratoires du Labex Nanosaclay (l’Unité Mixte de Physique CNRS/Thales, le CEA/SPEC, le Laboratoire Aimé Cotton, le synchrotron SOLEIL, le C2N) a ainsi pu imager les propriétés du BiFeO3 : les images révèlent les domaines antiferromagnétiques et la modulation sinusoïdale des spins dans ces derniers. Le  BiFeO3, est un composé prometteur car il présente également un ordre électrique (il est ferroélectrique), le couplage entre les ordres électrique et magnétique a permis de contrôler à l’échelle microscopique la direction des spins par application d’une tension de quelques volts. Ces travaux constituent une preuve de concept pour de futurs composants commutables sur la base des matériaux antiferromagnétiques.

Reference: Real-space imaging of non-collinear antiferromagnetic order with a single-spin magnetometer
I. Gross, W. Akhtar, V. Garcia, L. J. Martínez, S. Chouaieb, K. Garcia, C. Carrétéro, A. Barthélémy, P. Appel, P. Maletinsky, J.-V. Kim, J. Y. Chauleau, N. Jaouen, M. Viret, M. Bibes, S. Fusil & V. Jacques

Nature 549, 252-256 (2017)

Contacts: ou , Unité Mixte de Physique CNRS/Thales, Palaiseau

Collaborations:

• Laboratoire Charles Coulomb, Université de Montpellier
• Laboratoire Aimé Cotton, Orsay
• Département de Physique, Université de Basel, Suisse
• Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, C2N—Orsay
• SPEC, CEA
• Synchrotron SOLEIL