Des chercheurs de l'Université de Tohoku, de l'Université de Manchester et de l'Université d'Osaka ont fait une percée qui a le potentiel de déclencher le développement de la technologie de l'information chirale de nouvelle génération.
Les résultats sont décrits dans une étude publiée dans Actes de l'Académie nationale des sciences.
La chiralité est une propriété de matériaux où leur image miroir n'est pas identique à l'original, tout comme nos mains gauche et droite. Cette caractéristique unique crée deux états distincts, qui, selon les chercheurs, pourraient un jour être utilisés pour stocker des informations numériques, un peu comme les états « 0 » et « 1 » dans l'informatique conventionnelle.
« Parmi divers matériaux, les hélimagnets sont particulièrement intéressants car ils présentent une chiralité à travers leur structure magnétique », explique Alex Hiro Mayo (Université de Tohoku). « Cependant, un défi majeur dans l'utilisation de ces matériaux pour le stockage d'informations réside dans la façon de lire efficacement leur chiralité. »
Une solution prometteuse provient d'un effet inhabituel appelé transport électronique non réciproal, où le courant électrique coule plus facilement dans un sens que l'autre. Ce flux électrique à sens unique, connu sous le nom de rectification, reflète directement la chiralité du matériau et pourrait servir de moyen de « lire » des informations magnétiques.
« Si nous pouvons trouver un moyen d'utiliser avec précision la chiralité pour stocker des données, cela signifierait une nouvelle ère pour les dispositifs de stockage d'informations. Cependant, le mécanisme microscopique derrière cet effet de rectification dans les aimants chiraux n'est pas encore entièrement compris. Décroisser ce mécanisme est essentiel pour établir des principes de conception de matériaux qui permettent une détection efficace de chiralité et une performance de lecture améliorée », explique Mayo.
Ce projet de recherche collaborative comble ce lac de connaissances en se concentrant sur un matériau quantique unique – α-EUP3– Ce qui est un matériau hélimagnétique où les moments magnétiques locaux des atomes d'Europium (UE) créent une texture magnétique chirale.
Ils contrôlaient soigneusement la structure magnétique à l'aide de champs magnétiques externes, qui à leur tour manipulaient le comportement électronique du matériau pour révéler les origines microscopiques du transport non réciproque.
Contrairement aux métaux conventionnels avec des « structures de bande électronique » complexes, qui dictent comment les électrons se déplacent à l'intérieur d'un matériau, α-eup3 A un paysage électronique plus simple, ce qui en fait une plate-forme idéale pour découvrir la relation directe entre le magnétisme et le transport d'électrons.
En modifiant l'état magnétique du matériau entre les phases chirales et acirales, les chercheurs ont observé un fort effet de rectification dans la phase chirale, qui a complètement disparu dès que l'état magnétique est passé à la phase acirale.
En combinant les résultats expérimentaux avec des calculs théoriques, ils ont démontré que la « touche magnétique » dans la phase chirale induit directement l'asymétrie de la bande électronique, qui à son tour déclenche un flux électrique unidirectionnel.
Ce travail fournit une compréhension cruciale au niveau microscopique de la façon dont la chiralité magnétique régit le transport électronique, offrant des informations clés pour la conception de nouveaux matériaux quantiques fonctionnels et permettant de futures applications dans le stockage d'informations chirales et les appareils électroniques de nouvelle génération.
