Un nouvel effet magnétoélectrique étrange a été découvert dans un cristal symétrique


Le magnétisme et l’électricité sont liés de nombreuses façons étranges et merveilleuses dans le domaine scientifique, notamment par l’effet magnétoélectrique fascinant que l’on peut observer dans certains cristaux – où les propriétés électriques d’un cristal peuvent être influencées par un champ magnétique, et vice versa.

Aujourd’hui, les choses sont devenues encore plus bizarres, car les scientifiques ont découvert un tout nouvel effet magnétoélectrique dans un cristal symétrique – et cela ne devrait pas être possible.

L’effet a été trouvé dans un type de cristal spécifique appelé langasite, qui est composé de lanthane, de gallium, de silicium et d’oxygène, ainsi que d’atomes d’holmium.

Il est important de noter que ce cristal particulier a une structure symétrique, ce qui semble exclure la possibilité d’un lien entre le magnétisme et l’électricité.

« Le fait que les propriétés électriques et magnétiques d’un cristal soient couplées ou non dépend de la symétrie interne du cristal », explique le physicien Andrei Pimenov, de l’université de technologie de Vienne (TU Wien) en Autriche.

« Si le cristal présente un degré élevé de symétrie, par exemple si un côté du cristal est exactement l’image miroir de l’autre côté, alors pour des raisons théoriques, il ne peut y avoir d’effet magnétoélectrique. »

Dans ce cas, c’était différent : non seulement le cristal symétrique était capable de produire un effet magnétoélectrique, mais c’était un type d’effet jamais vu auparavant.

Les scientifiques affirment que si la symétrie a été conservée dans un sens géométrique, le magnétisme des atomes d’holmium a rompu la symétrie, permettant un effet qui a viré dans le domaine de la physique quantique.

Cette rupture a rendu possible la polarisation, où les charges positives et négatives du cristal se déplacent légèrement.

Cela se fait facilement par l’intermédiaire d’un champ électrique, mais avec la langasite, cela pouvait aussi se faire avec un champ magnétique, et la clé s’est avérée être la force du champ magnétique.

« La structure du cristal est si symétrique qu’elle ne devrait en fait permettre aucun effet magnétoélectrique », explique M. Pimenov. « Et dans le cas de faibles champs magnétiques, il n’y a en effet aucun couplage avec les propriétés électriques du cristal. »

« Mais si nous augmentons la force du champ magnétique, il se passe quelque chose de remarquable : les atomes d’holmium changent leur état quantique et gagnent un moment magnétique. Cela brise la symétrie interne du cristal. »

Alors que la langasite montrait une relation linéaire entre la polarisation et l’intensité du champ magnétique, ce qui est normal, la relation entre la polarisation et la direction du champ magnétique n’était pas du tout normale – elle était fortement non linéaire.

C’est l’aspect tout nouveau, qu’un petit changement dans la rotation du champ magnétique peut créer un grand changement dans l’effet de polarisation électrique.

La prochaine étape pour les chercheurs est de voir si cet effet nouvellement découvert fonctionne également dans la direction opposée, en modifiant les propriétés magnétiques avec un champ électrique.

Cela peut sembler être beaucoup de physique de haut niveau – et c’est le cas – mais il existe des applications concrètes en termes de sauvegarde et de stockage de données informatiques. L’effet magnétoélectrique est également important pour divers types de technologies de capteurs.

« Dans les mémoires magnétiques comme les disques durs des ordinateurs, les champs magnétiques sont aujourd’hui nécessaires », explique M. Pimenov.

« Ils sont générés par des bobines magnétiques, ce qui nécessite une quantité relativement importante d’énergie et de temps. S’il existait un moyen direct de commuter les propriétés magnétiques d’une mémoire à semi-conducteurs avec un champ électrique, ce serait une percée. »

Ces recherches ont été publiées dans NPJ Quantum Materials.

Lire aussi : Un effet quantique étrange trouvé dans un supraconducteur exotique

Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche


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