PIAF — Imagerie et manipulation des antiferromagnétiques

Près de 80% des composés magnétiques sont antiferromagnétiques, produisant donc une aimantation nulle ou extrêmement faible. Parmi les matériaux magnétiques, 50% sont à la fois antiferromagnétiques et électriquement isolants. Cette double caractéristique les rend quasiment impossible à observer sur la base des techniques de microscopie aujourd’hui disponibles, ce qui limite la compréhension de leurs propriétés physiques, notamment lorsque ces dernières doivent être visualisées aux échelles pertinentes, du micromètre jusqu’au nanomètre. L’exploration des propriétés microscopiques des antiferromagnétiques devient incontournable alors que ces matériaux émergent en tant que nouveau paradigme de la spintronique. Ils présentent de nombreux atouts parmi lesquels : i) une stabilité aux champs parasites ii) une absence d’interférence magnétique entre différentes cellules au sein des dispositifs iii) une fréquence de commutation dans la gamme des THz, bien supérieure à celle des ferromagnétiques (1-50 GHz), iv) une basse consommation de commutation du fait de leur capacité à propager des ondes de spin et non des charges électriques dissipatives. Comme l’ordre antiferromagnétique ne génère aucun champ de fuite, les processus de nucléation et croissance des domaines lorsqu’ils soumis à différents stimuli constitue un territoire totalement inexploré. L’absence de techniques de microscopies adaptées à cette classe de matériaux doit être palliée afin de pouvoir appréhender le comportement des antiferromagnétiques, de les manipuler à l’échelle submicronique, et de bénéficier de leurs avantages intrinsèques dans de futurs dispositifs électroniques. Dans le cadre du projet PIAF, deux objectifs majeurs seront visés : 1- Le développement de nouvelles approches expérimentales permettra d’imager et de manipuler in situ la structure microscopique des antiferromagnétiques. Cette approche a été prolifique pour la compréhension et l’exploitation de leurs analogues ferromagnétiques. Différents types de microscopies originales (magnéto-optique, génération de seconde harmonique, magnétométrie de centre N-V) seront mises à profit pour imager les domaines, les parois de domaines, et les ordres périodiques de spin constituant la microstructure des antiferromagnétiques. Ces techniques complémentaires formeront un ensemble synergique pour l’étude des antiferromagnétiques. 2- Les observations microscopiques permettront d’ouvrir de nouveaux horizons avec la manipulation de l’ordre antiferromagnétique soumis à différents stimuli électriques, en maitrisant l’obtention de textures de spin à la demande. Les trois leviers envisagés pour la manipulation des microstructures antiferromagnétiques seront : i) l’effet de contrainte induite par couplage avec un matériau piézoélectrique, ii) l’effet de transfert de spin induit par un courant polarisé, iii) l’effet magnéto-électrique intrinsèquement présent dans les matériaux multiferroïques.