Des chercheurs du Japon ont découvert un effet de salle unique résultant de la déviation des électrons en raison de « l'aimantation dans le plan » des films d'oxyde ferromagnétique (SRRUO3). Résultant du couplage spontané de la magnétisation de spin-orbite au sein de SRRUO3 Films, l'effet renverse l'hypothèse centenaire selon laquelle seule la magnétisation hors du plan peut déclencher l'effet de la salle.
L'étude, maintenant publiée dans Matériaux avancésoffre une nouvelle façon de manipuler le transport d'électrons avec des applications potentielles dans des capteurs avancés, des matériaux quantiques et des technologies spinstronic.
Lorsqu'un courant électrique traverse un matériau en présence d'un champ magnétique, ses électrons éprouvent une force latérale subtile qui déville leur chemin. Cet effet de la déviation des électrons est appelé l'effet de la salle – un phénomène qui se trouve au cœur des capteurs modernes et des dispositifs électroniques. Lorsque cet effet résulte de la magnétisation interne du matériau conducteur, il est appelé «effet de la salle anormale (AHE)».
Les scientifiques ont longtemps cru que l'effet de la salle n'émerge que lorsque la magnétisation est signalée du plan du flux d'électrons, mais la récente étude du Japon remet en question cette hypothèse.
L'étude dirigée par le professeur agrégé Masaki Uchida au Département de physique de l'Institut des sciences Tokyo (Science Tokyo), Japon, en collaboration avec le professeur agrégé Hiroaki Ishizuka du même département et du professeur Ryotaro arita de la Graduate School of Science, de l'Université de Tokyo, des démonstrations qui peuvent se produire.
L'effet a été observé dans un film ultrathin de ruthénate de strontium (SRRUO3), un oxyde ferromagnétique, qui peut être magnétisé et conserver son magnétisme.
Les chercheurs ont commencé par faire croître des films à l'échelle nanométrique de SRRUO3qui a été choisi en raison de sa structure unique qui héberge des points Weyl – des points singulaires dans la structure de la bande électronique où les bandes électroniques se croisent en trois dimensions. L'orientation cristalline des films a été soigneusement contrôlée pour créer un état avec une magnétisation spontanée dans le spin dans le plan (résultant de l'alignement des spins d'électrons).
Étonnamment, ils ont constaté que le système présentait un grand AHE même sans appliquer de champ magnétique externe. Cette réponse a été motivée par la magnétisation orbitale, qui découle du mouvement orbital des électrons. « Cette AHE spontanée a été observée dans un système où il a été longtemps possible », explique Uchida.
Pour analyser davantage, l'équipe mesurait systématiquement la résistivité du hall, qui a mesuré la tension latérale dans le matériau sous différents angles polaires et azimutaux du champ magnétique appliqué. Les angles polaires définissent l'inclinaison du champ magnétique de la verticale, tandis que les angles azimutaux montrent la direction du champ magnétique à travers le plan.
La variation de ces angles a entraîné des changements dans la résistivité, révélant comment la réponse de la salle dépend sensible de l'orientation de la magnétisation du spin. Ces expériences ont en outre confirmé que les effets provenaient d'un couplage hors diagonale entre les aimantations spin et orbitaux.
« Ces idées révèlent comment les distorsions subtiles dans la structure cristalline peuvent influencer les interactions d'ordre supérieur, ce qui donne naissance à des comportements électroniques inattendus », explique Uchida.
Cette découverte redéfinit non seulement notre compréhension de l'effet de la salle, mais met également en évidence les comportements électroniques qui pourraient transformer la science des matériaux. En exploitant la magnétisation orbitale pour la réponse dans le hall dans le plan, l'étude ouvre de nouvelles voies pour la conception de matériaux comme des capteurs magnétiques avec des propriétés électroniques sur mesure. Les idées de cette étude pourraient également s'avérer précieuses pour les technologies spintroniques, qui utilisent le spin d'électrons pour stocker et traiter les informations.
Pour l'avenir, les chercheurs prévoient d'explorer d'autres matériaux et géométries pour des effets similaires. En étendant davantage ces principes d'effet de salle dans les matériaux quantiques d'ingénierie, les chercheurs peuvent découvrir des comportements électroniques encore plus riches – ouvrant la voie à des dispositifs électroniques de nouvelle génération.
