Des chercheurs de l'Université de Constance ont développé une technique pour modifier les propriétés magnétiques des matériaux à l'aide d'impulsions laser, transformant efficacement un matériau en un autre à température ambiante. En excitant des paires de magnons dans des cristaux d'hématite courants, la méthode permet un contrôle non thermique des états magnétiques et une transmission potentielle de données à des vitesses térahertz. Cette avancée pourrait permettre d'étudier les effets quantiques sans refroidissement extrême.
Une équipe de physiciens dirigée par Davide Bossini à l'Université de Constance a réalisé un progrès significatif en science des matériaux en utilisant la lumière pour remodeler le comportement magnétique des solides. La technique implique des impulsions laser qui excitent de manière cohérente des paires de magnons — quanta d'ondes de spin — à des fréquences élevées, influençant les fréquences et les amplitudes d'autres magnons sans générer de chaleur. Ce processus non thermique modifie l'ensemble unique de résonances magnétiques du matériau, décrit par Bossini comme son 'ADN magnétique' ou 'empreinte digitale', le faisant temporairement se comporter comme un matériau différent.
La découverte, publiée dans Science Advances le 24 octobre 2025 (volume 11, numéro 25, DOI : 10.1126/sciadv.adv4207), était inattendue. 'Le résultat a été une énorme surprise pour nous. Aucune théorie ne l'avait jamais prédit', a déclaré Bossini. Il a souligné que 'les effets ne sont pas causés par l'excitation laser. La cause est la lumière, pas la température', permettant un contrôle précis des propriétés magnétiques.
La méthode repose sur des cristaux d'hématite largement disponibles, un minerai de fer utilisé historiquement dans les boussoles. Contrairement aux approches précédentes limitées à l'excitation de magnons à basse fréquence, celle-ci cible directement des paires à haut moment, ouvrant des possibilités pour le stockage et la transmission de données à vitesse térahertz en spintronique. Elle aborde les goulots d'étranglement des données de l'IA et de l'Internet des objets en exploitant des ondes de spin collectives.
De plus, la technique suggère un potentiel pour des condensats de Bose-Einstein de magnons à haute énergie à température ambiante, permettant des recherches quantiques sans refroidissement proche du zéro absolu. Le travail a été mené au sein du Centre de recherche collaboratif SFB 1432 sur les fluctuations et les non-linéarités dans la matière. Les auteurs incluent Christoph Schönfeld, Lennart Feuerer, Julian Bär et d'autres, avec des contributions de Wolfgang Belzig, Ulrich Nowak, Alfred Leitenstorfer, Dominik Juraschek et Davide Bossini.