Nouveau type de magnétisme présenté dans un matériau iconique


magnétisme

Crédit : CC0 Domaine public

Depuis la découverte de la supraconductivité dans le Sr2RuO4e Des centaines d’études sur ce composé ont été publiées en 1994, suggérant que Sr2RuO4e est un système très spécial avec des propriétés uniques. Ces caractéristiques font de Sr2RuO4e un à fort potentiel, par exemple pour le développement de technologies futures telles que la spintronique supraconductrice et l’électronique quantique, car il peut transmettre en même temps des courants électriques sans perte et des informations magnétiques. Une équipe de recherche internationale dirigée par des scientifiques de l’Université de Constance a pu répondre à l’une des questions ouvertes les plus intéressantes sur Sr. répondre2RuO4e: Pourquoi l’état supraconducteur de ce matériau présente-t-il certaines caractéristiques que l’on trouve généralement dans les matériaux appelés ferromagnétiques, que l’on pense être des antagonistes des supraconducteurs ? L’équipe a déterminé que Sr.2RuO4e abrite une nouvelle forme de magnétisme qui peut coexister avec la supraconductivité et également exister indépendamment de la supraconductivité. Les résultats ont été publiés dans le numéro actuel de. publié Communication naturelle.

Après une étude de recherche pluriannuelle impliquant 26 chercheurs de neuf universités et instituts de recherche différents, la pièce manquante du puzzle semble avoir été trouvée. Outre l’Université de Constance, les universités de Salerne, Cambridge, Séoul, Kyoto et Bar Ilan ainsi que l’Agence japonaise de l’énergie atomique, l’Institut Paul Scherrer et le Centro Nazionale delle Ricerche ont participé à l’étude.

Jusqu’à présent pas le bon outil pour trouver des preuves

« Malgré des décennies de recherche sur Sr2RuO4e, il n’y avait aucune preuve de l’existence de ce inhabituel de magnétisme dans ce matériau. Il y a quelques années pourtant, on s’est demandé si la reconstruction qui s’opère dans ce matériau en surface, dont la structure cristalline montre quelques petits changements au niveau atomique, pouvait aussi conduire à un ordre électronique aux propriétés magnétiques. Suite à cette intuition, nous avons constaté que cette question n’avait probablement pas été abordée car personne n’avait utilisé le « bon outil » pour trouver des preuves de ce magnétisme, que nous pensions être extrêmement faible et à seulement quelques couches atomiques de la surface des matériaux » , explique le directeur de cette étude de recherche internationale, le professeur Angelo Di Bernardo de l’Université de Constance, dont la recherche se concentre sur les composants spintroniques et quantiques supraconducteurs basés sur des matériaux innovants.

Pour mener l’expérience, l’équipe a utilisé des monocristaux de haute qualité de Sr2RuO4e préparé par le groupe du Dr. Antonio Vecchione du Centro Nazionale delle Ricerche (CNR) Spin à Salerne. « Fabriquer de gros cristaux à partir de Sr.2RuO4e sans aucune contamination était un grand défi, bien que crucial pour le succès de l’expérience, car les défauts auraient émis un signal similaire au signal magnétique que nous recherchions », explique le Dr. Vecchione.

Le bon outil est un faisceau de muons

L’«outil» spécial utilisé par les chercheurs pour révéler le magnétisme est un faisceau de particules appelé muons, qui est produit dans un accélérateur de particules en Suisse à l’Institut Paul Scherrer (PSI). « Au PSI, nous disposons de la seule installation au monde de production de muons pouvant être implantés avec une précision de quelques nanomètres. Ces particules, avec lesquelles les plus petits champs magnétiques peuvent être détectés, pourraient être très proches de la surface de Sr. être arrêté2RuO4e, ce qui était crucial pour le succès de l’expérience », explique le Dr Zaher Salman, qui a coordonné l’expérience à l’installation de muons du PSI.

« Ce fut une très belle expérience, depuis que j’ai commencé mon doctorat à Constance, d’effectuer des mesures dans une installation internationale de temps de faisceau comme le PSI et d’interagir avec un groupe aussi important de scientifiques inspirants du monde entier », a déclaré Roman Hartmann, Chercheur doctorant, qui a également contribué à l’étude en tant que premier auteur.

Les auteurs ont également développé un modèle théorique suggérant l’origine de ce magnétisme de surface caché. « Contrairement aux matériaux magnétiques conventionnels, dont les propriétés magnétiques dérivent de la propriété mécanique quantique d’un électron, connue sous le nom de spin, c’est en Sr. le magnétisme basé sur un mouvement vortex coopératif d’électrons en interaction qui génère des courants circulants de l’ordre du nanomètre2RuO4e« , dit le Dr. Mario Cuoco de CNR-spin, qui a développé le modèle théorique avec le Dr. Maria Teresa Mercaldo et d’autres collègues de l’Université de Salerne.

De nouvelles connaissances pour la recherche fondamentale et appliquée

Comme l’a souligné le professeur Jason Robison de l’Université de Cambridge, les résultats confirment que « les propriétés physiques à la surface d’un matériau complexe et aux interfaces au sein d’hétérostructures en couches minces peuvent être radicalement modifiées, et ces modifications peuvent être utilisées pour créer de nouvelles bases scientifiques pour la recherche fondamentale à découvrir « et la recherche appliquée, y compris la conception et le développement de dispositifs quantiques ».

Les co-auteurs du projet incluent le professeur Yoshiteru Maeno de l’Université de Kyoto, le scientifique qui a découvert pour la première fois la supraconductivité chez Sr. découvert2RuO4e en 1994 et a contribué à certaines des études les plus importantes sur ce matériel publiées au cours des 30 dernières années.

« Cette réalisation ne résout pas seulement un mystère de longue date et rend le matériau emblématique Sr2RuO4e encore plus intéressante qu’auparavant, mais peut également déclencher de nouvelles investigations qui pourraient aider à répondre à d’autres questions ouvertes flagrantes en science des matériaux », déclare le professeur Elke Scheer de l’Université de Constance, un autre chef de projet et chef de l’équipe de recherche sur les systèmes mésoscopiques.

La dans Sr. découvert un nouveau type de magnétisme2RuO4e est important de voir également les autres propriétés physiques de Sr. pour mieux comprendre2RuO4e y compris sa supraconductivité non conventionnelle. La découverte fondamentale pourrait également conduire à la recherche de cette nouvelle forme de magnétisme dans d’autres matériaux de type Sr.2RuO4e et lancer de nouvelles études pour mieux comprendre comment un tel magnétisme peut être manipulé et contrôlé pour de nouvelles applications en électronique quantique.


Courants supraconducteurs spontanés dans le ruthénate de strontium


Plus d’information:
R. Fittipaldi et al., Dévoiler le magnétisme non conventionnel à la surface de Sr2RuO4e, Communication nature (2021). DOI : 10.1038 / s41467-021-26020-5

Fourni par l’Université de Constance

Citation: Nouveau type de magnétisme présenté dans un matériau iconique (2021, 5 octobre), consulté le 10 octobre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-10-magnetism-unveiled-iconic-material.html

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