Des scientifiques de l’Université de Bâle et de l’ETH Zurich ont inversé la polarité d’un ferromagnétique spécialisé à l’aide d’un faisceau laser focalisé, sans chauffer le matériau. Cette réalisation, détaillée dans Nature, combine les interactions entre électrons, la topologie et le contrôle dynamique dans une seule expérience. Cette méthode laisse entrevoir de futurs circuits électroniques à base de lumière sur puce.
Les ferromagnétiques reposent sur des spins d’électrons alignés pour créer des champs magnétiques stables, un processus qui nécessite généralement un chauffage au-dessus d’une température critique pour inverser la polarité. Cependant, une équipe dirigée par le prof. Dr. Tomasz Smoleński à l’Université de Bâle et le prof. Dr. Ataç Imamoğlu à l’ETH Zurich a démontré une alternative sans chauffage utilisant la lumière laser. Les chercheurs ont utilisé un matériau constitué de deux couches atomiquement minces de ditellurure de molybdène, empilées avec une légère torsion pour induire des propriétés électroniques inhabituelles. Cette structure permet aux électrons de former des états topologiques, qui résistent à une transformation continue comme la différence entre une balle et un beignet. Dans ces états, qu’ils soient isolants ou métalliques, les interactions entre électrons alignent les spins en une configuration ferromagnétique. En appliquant une impulsion laser, l’équipe a changé l’orientation collective des spins, réalisant un commutateur permanent. « Notre principal résultat est que nous pouvons utiliser une impulsion laser pour changer l’orientation collective des spins », a noté Olivier Huber, doctorant à l’ETH Zurich qui a effectué les mesures aux côtés de Kilian Kuhlbrodt et Tomasz Smoleński. La topologie a influencé la dynamique de commutation, et le laser a également permis la création de frontières internes pour des régions ferromagnétiques topologiques. L’inversion de polarité a été vérifiée en analysant la lumière réfléchie par un second faisceau laser plus faible, confirmant la réorientation des spins dans le ferromagnétique à l’échelle micrométrique. « Ce qui est excitant dans notre travail, c’est que nous combinons les trois grands sujets de la physique de la matière condensée moderne dans une seule expérience : les fortes interactions entre les électrons, la topologie et le contrôle dynamique », a expliqué Imamoğlu. Les résultats paraissent dans Nature sous le titre « Optical control over topological Chern number in moiré materials », avec des auteurs incluant O. Huber, K. Kuhlbrodt et d’autres (DOI : 10.1038/s41586-025-09851-w). Smoleński envisage d’utiliser cela pour écrire optiquement des circuits topologiques adaptables sur puce, potentiellement pour une détection de précision comme des interféromètres miniatures détectant de faibles champs électromagnétiques.