En laboratoire, la lumière pilote le magnétisme sans chauffer

Un bit sur un disque dur est une parcelle d'aimantation, et le basculer revient à retourner une minuscule aiguille de boussole. Une équipe de l'université de l'Illinois vient de montrer que des impulsions laser peuvent orienter cette aimantation en billionièmes de seconde, dans un semi-conducteur ferromagnétique appelé tellurure de chrome et de germanium, ou CGT.

Modifier l'aimantation d'un matériau supposait généralement l'application d'un champ magnétique extérieur, qui réoriente les dipôles magnétiques un peu comme le champ terrestre fait pivoter une boussole. Ancien doctorant de l'Illinois, Yinchuan Lv, aujourd'hui chercheur postdoctoral au SLAC National Accelerator Laboratory, explique que ces méthodes se heurtent à des limites pratiques en matière de vitesse de commutation. La lumière semble être l'alternative évidente, mais le professeur Fahad Mahmood note que de nombreuses techniques optiques reposent sur un chauffage du matériau ou exigent des conditions particulières, comme la lumière à polarisation circulaire.

Le champ électrique de la lumière agit surtout sur les électrons, par leur charge électrique, et non directement sur l'aimantation. Dans le CGT, les interactions spin-orbite relient le spin de chaque électron à son mouvement orbital, ce qui offre à la lumière un chemin vers l'ordre magnétique. Le hic, c'est que le CGT est centrosymétrique : ses atomes sont disposés de façon symétrique autour d'un point central, ce qui interdit le couplage le plus simple entre la lumière et l'aimantation. L'équipe s'attendait donc à une réponse faible.

Les chercheurs ont eu recours à la spectroscopie d'émission, une méthode qui bombarde un matériau d'impulsions laser puis enregistre la lumière qu'il renvoie. Avec des impulsions proche infrarouge à polarisation linéaire, l'échantillon de CGT a émis de la lumière térahertz, une gamme de fréquences située entre les micro-ondes et l'infrarouge. Lorsque la lumière frappait de face, l'émission dessinait un motif à quatre pétales selon l'angle de polarisation, et à deux pétales lorsque le faisceau arrivait en biais. Fait le plus frappant, le signal augmentait avec la température de l'échantillon, à l'inverse de ce que fait normalement un signal magnétique. L'équipe de Mahmood conclut que l'aimantation du CGT est très probablement à l'origine de l'émission.

Pour l'instant, ce changement reste réservé aux chercheurs. L'étude ne présente ni dispositif, ni calendrier, ni coût, et elle décrit une mesure de laboratoire qui doit encore être reproduite dans d'autres conditions. Elle ouvre en revanche une piste : une réponse magnétique qui ne dépend pas du chauffage, dans un matériau qui n'était pas censé en présenter une. Pour le stockage des données, c'est la question à laquelle le domaine devra répondre ensuite.