La physique des torsions est un nouveau domaine de la physique quantique qui explore de nouveaux phénomènes quantiques en empilant des matériaux de Van der Waals. Les chercheurs de l'Université Purdue ont fait progresser ce domaine en introduisant un spin quantique dans le matériau double couche torsadé d'un antiferromagnétique, créant ainsi un magnétisme moiré accordable. Cette percée propose de nouveaux matériaux pour la spintronique et devrait faire progresser le développement de dispositifs de mémoire et de logique de spin.
Des chercheurs quantiques de l’Université Purdue ont démontré un magnétisme moiré accordable en tordant un film double couche d’un antiferromagnétique. La technique du twist n'est pas un nouveau mouvement de danse, un équipement de fitness ou une nouvelle mode musicale, c'est bien plus cool que tout cela. Il s’agit d’un nouveau développement passionnant dans les domaines de la physique quantique et de la science des matériaux. Les matériaux Van der Waals sont empilés les uns sur les autres en couches, tout comme un rouleau de papier, et peuvent être facilement tordus et tournés tout en restant plats. Les physiciens quantiques utilisent ces piles pour découvrir des phénomènes quantiques intéressants.
Les physiciens quantiques ont utilisé ces piles pour découvrir des phénomènes quantiques intéressants. En combinant le concept de spin quantique avec des empilements torsadés d’antiferromagnétiques à double couche, il est possible de créer un magnétisme de moiré accordable. Cela fournit une nouvelle classe de plate-forme matérielle pour la spintronique, la prochaine étape de l’électronique double. Cette nouvelle science pourrait conduire à des mémoires et à des dispositifs de logique de spin prometteurs, ouvrant ainsi une nouvelle voie aux applications de la spintronique dans la communauté physique.
Une équipe de recherche en physique quantique et en matériaux de l'Université Purdue a utilisé le matériau CrI3 de Van der Waals (vdW) à couplage antiferromagnétique intercouche comme support pour introduire la technologie de torsion afin de contrôler le degré de liberté de rotation. Ils ont publié leurs résultats de recherche intitulés « Magnétisme moiré électriquement accordable dans les bicouches de triiodure de chrome torsadées » dans Nature Electronics.
"Dans cette étude, nous avons créé du trioxyde de chrome à double couche torsadée, c'est-à-dire qu'il existe un angle de torsion entre la double couche et la double couche", a déclaré le Dr Guanghui Cheng, co-premier auteur de l'article. "Nous rapportons le magnétisme moiré avec des phases magnétiques riches et obtenons une accordabilité remarquable grâce à des méthodes électriques."
"Nous avons empilé et tordu un antiferromagnétique sur lui-même et nous avons obtenu un ferromagnétique", a déclaré Cheng. "C'est également un exemple frappant de l'émergence récente du magnétisme" torsadé "ou moiré dans les matériaux 2D torsadés, où l'angle de torsion entre deux couches de matériau fournit un puissant bouton de réglage qui modifie radicalement les propriétés du matériau."
"Pour fabriquer la bicouche CrI3 torsadée, nous avons utilisé ce qu'on appelle une technique de déchirure et d'empilement, dans laquelle une partie de la bicouche CrI3 est déchirée, tournée et empilée sur une autre partie", explique Cheng. "Grâce aux mesures magnéto-optiques de l'effet Kerr (MOKE), nous avons observé la coexistence d'ordres ferromagnétiques et antiferromagnétiques, une caractéristique du magnétisme de Moiré, et avons en outre démontré la commutation magnétique assistée par tension. Ce magnétisme de Moiré est une nouvelle forme de magnétisme avec des phases ferromagnétiques et antiferromagnétiques spatialement variables qui alternent périodiquement selon un super-réseau de Moiré."
À ce jour, l’électronique torsadée s’est principalement concentrée sur la modulation des propriétés électroniques, telles que le graphène bicouche torsadé. L’équipe Purdue souhaitait introduire la torsion dans le degré de liberté de spin et a choisi d’utiliser le matériau vdW de couplage antiferromagnétique intercouche CrI3. En réalisant des échantillons avec différents angles de torsion, il est possible d'empiler des antiferromagnétiques se tordant sur eux-mêmes. En d’autres termes, une fois la fabrication terminée, l’angle de torsion de chaque dispositif est fixé avant que les mesures MOKE ne soient effectuées.
Upadhyaya et son équipe ont effectué des calculs théoriques sur l'expérience. Cela conforte fortement les résultats d’observation de l’équipe du Dr Cheng. Il a déclaré : "Nos calculs théoriques ont révélé un diagramme de phases riche, comprenant des phases non conjuguées telles que TA-1DW, TA-2DW, TS-2DW, TS-4DW, etc."
Cette étude coïncide avec une étude en cours menée par l'équipe de Cheng. Avant ce travail, l'équipe avait récemment publié plusieurs articles liés à la nouvelle physique et aux propriétés des « aimants bidimensionnels », tels que « Emergence of electric-field-tunable interfacial ferromagnetismin2Dantiferromagnetheterostructures » récemment publié dans Nature Communications. Cette direction de recherche offre des possibilités passionnantes dans les domaines de l’électronique double et de la spintronique.
"Les aimants Molière découverts fournissent une nouvelle classe de plate-forme matérielle pour la spintronique et la magnétoélectronique", a déclaré Cheng. "La commutation magnétique assistée par tension et les effets magnétoélectriques observés pourraient conduire à des dispositifs de mémoire et de logique de spin prometteurs. En tant que nouveau degré de liberté, la torsion peut être appliquée à diverses couches homo/différentes d'aimants vdW, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles applications en physique et en spintronique. "
Source compilée : ScitechDaily