Une collaboration de recherche internationale a été pionnière en induisant le magnétisme dans des matériaux non magnétiques à température ambiante à l'aide de la lumière laser, révolutionnant potentiellement la technologie de l'information et la science des matériaux. Crédit : Issues.fr.com
Le potentiel de la technologie quantique est énorme mais est aujourd’hui largement limité aux environnements extrêmement froids des laboratoires. Des chercheurs de l'Université de Stockholm, de l'Institut nordique de physique théorique et de l'Université Ca' Foscari de Venise ont réussi à démontrer pour la première fois comment la lumière laser peut induire un comportement quantique à température ambiante. – et rendre magnétiques les matériaux non magnétiques. Cette avancée devrait ouvrir la voie à des ordinateurs, à un transfert d’informations et à un stockage de données plus rapides et plus économes en énergie.
D’ici quelques décennies, les progrès de la technologie quantique devraient révolutionner plusieurs des domaines les plus importants de la société et ouvrir la voie à des possibilités technologiques complètement nouvelles dans les domaines de la communication et de l’énergie. Les propriétés particulières et bizarres des particules quantiques – qui s’écartent complètement des lois de la physique classique et peuvent rendre les matériaux magnétiques ou supraconducteurs – sont particulièrement intéressantes pour les chercheurs dans ce domaine. En comprenant mieux comment et pourquoi ce type d’états quantiques apparaissent, l’objectif est de pouvoir contrôler et manipuler les matériaux pour obtenir des propriétés mécaniques quantiques.
Jusqu’à présent, les chercheurs n’ont pu induire des comportements quantiques, tels que le magnétisme et la supraconductivité, qu’à des températures extrêmement froides. Par conséquent, le potentiel de la recherche quantique est encore limité aux environnements de laboratoire.
Stefano Bonetti dans son laboratoire de l'Université de Stockholm. Crédit : Fondation Knut et Alice Wallenbergs/Magnus Bergström
Percée dans les effets quantiques à température ambiante
Aujourd'hui, une équipe de recherche de l'Université de Stockholm et de l'Institut nordique de physique théorique (NORDITA)* en Suède, de l'Université du Connecticut et du Laboratoire national des accélérateurs SLAC aux États-Unis, de l'Institut national pour la science des matériaux à Tsukuba, au Japon, de l'Elettra-Sincrotrone Trieste, l'Université « Sapienza » de Rome et l'Université Ca' Foscari de Venise en Italie, sont les premiers au monde à démontrer dans une expérience comment la lumière laser peut induire du magnétisme dans un matériau non magnétique à température ambiante. Dans l'étude, publiée dans la revue scientifique Natureles chercheurs ont soumis le matériau quantique, le titanate de strontium, à des faisceaux laser courts mais intenses d'une longueur d'onde et d'une polarisation particulières, pour provoquer un magnétisme induit.
Nouvelles approches de la manipulation des matériaux
« L’innovation de cette méthode réside dans le concept consistant à laisser la lumière déplacer les atomes et les électrons de ce matériau dans un mouvement circulaire, afin de générer des courants qui le rendent aussi magnétique qu’un aimant de réfrigérateur. Nous y sommes parvenus en développant une nouvelle source de lumière dans l’infrarouge lointain avec une polarisation en forme de « tire-bouchon ». C’est la première fois que nous parvenons à induire et à voir clairement comment le matériau devient magnétique à température ambiante lors d’une expérience. De plus, notre approche permet de fabriquer des matériaux magnétiques à partir de nombreux isolants, alors que les aimants sont généralement constitués de métaux. À long terme, cela ouvre la voie à des applications complètement nouvelles dans la société », déclare Stefano Bonetti, directeur de recherche à l'Université de Stockholm et à l'Université Ca' Foscari de Venise.
Applications pratiques et implications futures
La méthode est basée sur la théorie de la « multiferroïcité dynamique », qui prédit que lorsque des atomes de titane sont « agités » par une lumière polarisée circulairement dans un oxyde à base de titane et de strontium, un champ magnétique se forme. Mais ce n’est que maintenant que la théorie peut être confirmée dans la pratique. Cette percée devrait avoir de vastes applications dans plusieurs technologies de l’information.
« Cela ouvre la voie à des commutateurs magnétiques ultra-rapides qui peuvent être utilisés pour un transfert d'informations plus rapide et un stockage de données considérablement amélioré, ainsi qu'à des ordinateurs nettement plus rapides et plus économes en énergie », explique Alexander Balatsky, professeur de physique à NORDITA.
En fait, les résultats de l’équipe ont déjà été reproduits dans plusieurs autres laboratoires, et une publication dans le même numéro de Nature démontre que cette approche peut être utilisée pour écrire, et donc stocker, des informations magnétiques. Un nouveau chapitre dans la conception de nouveaux matériaux utilisant la lumière s’ouvre.
