La lumière fait que les atomes se comportent comme des bobines électromagnétiques

Dans une avancée scientifique remarquable, des chercheurs ont mis en lumière un phénomène fascinant où la lumière peut induire un comportement magnétique dans des matériaux non magnétiques, les atomes se comportant essentiellement comme de minuscules bobines électromagnétiques. Ce résultat captivant, publié dans la prestigieuse revue Nature, pourrait révolutionner le monde du traitement de données ultra-rapide et de la spintronique.

L'étude, dirigée par une équipe de scientifiques talentueux, dont Carl P. Romao et Dominik M. Juraschek, explore l'interaction complexe entre la lumière, les vibrations atomiques et l'émergence d'une magnétisation macroscopique. En exploitant l'énergie de impulsions laser polarisées circulairement, les chercheurs ont réussi à exciter un type particulier de vibration atomique connu sous le nom de "phonons chiraux" dans des matériaux non magnétiques tels que le strontium titanate et le saphir synthétique.

Ce qui rend cette découverte si passionnante, c'est que ces phonons chiraux, avec leur moment angulaire intrinsèque, peuvent induire des champs microscopiques magnétiques dans le réseau atomique, un peu comme un courant électrique circulant dans une bobine de fil. Ce phénomène, appelé "effet Barnett des phonons", est une démonstration frappante de la connexion intime entre le mouvement collectif des atomes et l'émergence de l'ordre magnétique, même dans des matériaux qui ne sont pas traditionnellement considérés comme magnétiques.

Les expériences méticuleuses de l'équipe, utilisant des techniques de spectroscopie pompe-probe de pointe, ont fourni des informations sans précédent sur la dynamique ultra-rapide de ce processus. Ils ont montré que les champs magnétiques induits peuvent être contrôlés par la chiralité des impulsions laser excitatrices, révélant ainsi le rôle crucial des phonons chiraux dans la création de ces signatures magnétiques à l'échelle atomique.

Remarquablement, l'intensité des moments magnétiques induits par les phonons s'est avérée être de l'ordre d'un dixième du moment magnétique d'un électron, un résultat qui défie les prédictions théoriques antérieures. Cette découverte suggère que les mécanismes physiques sous-jacents sont beaucoup plus complexes qu'on ne le pensait auparavant, ouvrant ainsi de nouvelles voies pour les investigations expérimentales et théoriques.

Les implications de ces travaux vont au-delà de la compréhension fondamentale de la science des matériaux et de la physique de la matière condensée. En démontrant la capacité à contrôler la magnétisation dans des composés non magnétiques en utilisant des phonons chiraux induits par la lumière, les chercheurs ont ouvert la voie à des approches innovantes pour l'électronique et l'informatique basées sur la magnétisation. Le potentiel d'un basculement de spin ultra-rapide, un composant clé des dispositifs spintroniques futurs, pourrait être grandement amélioré en exploitant ces phénomènes magnétiques à l'échelle atomique induits par la lumière.

Alors que la communauté scientifique continue d'explorer la riche tapisserie de la chirophonomagnétisme, le travail de Basini et al. et Davies et al. se distingue comme un exemple éclatant de la puissance de la collaboration interdisciplinaire et de la poursuite incessante de la compréhension du royaume quantique qui sous-tend notre monde physique. L'avenir promet de tenir de nombreuses promesses alors que les chercheurs continuent de démêler la danse subtile entre la lumière, les atomes et le mystérieux magnétisme qui se trouve au cœur des matériaux.

Source: <https://www.nature.com/articles/d41586-024-00889-w>

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