Des chercheurs de l’Université du Texas à Austin ont observé une séquence de phases magnétiques exotiques dans un matériau ultra-mince, validant un modèle théorique des années 1970. L’expérience a consisté à refroidir le trisulfure de phosphore nickélique à des températures basses, révélant des vortex magnétiques tourbillonnants et un état ordonné subséquent. Cette découverte pourrait éclairer les futures technologies magnétiques à l’échelle nanométrique.
Dans une étude publiée dans Nature Materials en 2026, des physiciens dirigés par Edoardo Baldini à l’Université du Texas à Austin ont examiné le comportement magnétique d’une feuille atomiquement mince de trisulfure de phosphore nickélique (NiPS3). Le matériau a été refroidi à des températures comprises entre -150 et -130 °C, entrant dans une phase Berezinskii-Kosterlitz-Thouless (BKT). Dans cette phase, les moments magnétiques forment des paires de vortex, l’un tournant dans le sens horaire et l’autre dans le sens antihoraire, confinés à quelques nanomètres latéralement et à une seule couche atomique d’épaisseur. nnLa phase BKT est nommée d’après Vadim Berezinskii et les lauréats du Nobel J. Michael Kosterlitz et David Thouless, qui ont décrit de telles transitions dans leurs travaux des années 1970, obtenant le prix Nobel de physique 2016. Baldini a déclaré : « La phase BKT est particulièrement intrigante parce que ces vortex sont prédits comme exceptionnellement robustes et confinés à seulement quelques nanomètres latéralement tout en n’occupant qu’une seule couche atomique en épaisseur. Grâce à leur stabilité et à leur taille extrêmement réduite, ces vortex offrent une nouvelle voie pour contrôler le magnétisme à l’échelle nanométrique et apportent un éclairage sur la physique topologique universelle dans les systèmes bidimensionnels. » nnÀ mesure que les températures baissaient davantage, le matériau transitionnait vers une phase ordonnée à six états d’horloge, dans laquelle les moments magnétiques s’alignent selon l’une de six directions symétriques. Cette séquence confirme le modèle bidimensionnel à six états d’horloge proposé dans les années 1970. Baldini a ajouté : « À ce stade, notre travail démontre la séquence complète de phases attendue pour le modèle bidimensionnel à six états d’horloge et établit les conditions sous lesquelles les vortex magnétiques nanométriques émergent naturellement dans un aimant purement bidimensionnel. » nnCette recherche, soutenue par la National Science Foundation et d’autres, a impliqué les co-premiers auteurs Frank Y. Gao et Dong Seob Kim, ainsi que les auteurs seniors Baldini, Allan MacDonald et Xiaoqin « Elaine » Li. Les contributeurs provenaient d’institutions telles que le MIT, l’Academia Sinica et l’Université de l’Utah. Les efforts futurs visent à stabiliser ces phases à des températures plus élevées pour des applications potentielles dans des dispositifs magnétiques compacts.
