Des chercheurs de l’Institut Jean Lamour sont les co-auteurs d'un article publié dans Nature Communications le 13 mai 2016. Il y est mis en évidence pour la première fois l'apparition d'un phénomène de fragmentation du magnétisme dans des réseaux bidimensionnels de nano-aimants.
Lorsqu'un système n'a pas la capacité de satisfaire toutes ses contraintes de façon simultanée, on parle de frustration.
En magnétisme certains systèmes présentent de la frustration liée à leur géométrie. C'est notamment le cas de réseaux de nano-aimants bidimensionnels disposés dans une géométrie appelée Kagomé. Des propriétés exotiques comme un état fondamental massivement dégénéré ou des excitations élémentaires se comportant de façon similaire à des monopôles magnétiques découlent souvent de l'état frustré.
C'est une analyse comparée d'images de configurations magnétiques (obtenues grâce à une technique d'imagerie magnétique haute résolution nécessitant l'utilisation d'un synchrotron) et de simulations numériques de type Monte-Carlo qui a permis d' observer une signature de la fragmentation du magnétisme.
Ce travail a été mené par un consortium composé d'expérimentateurs et de théoriciens de l'Institut Jean Lamour (équipe "Nanomagnétisme et électronique de spin"), l'Institut Néel (CNRS) et du Synchrotron Elettra en Italie.
Le processus de fragmentation observé correspond à la séparation du degré de liberté associé à l'orientation de l'aimantation des nano-aimants en deux parties distinctes. La première partie est constituée de nano-aimants portant 1/3 de l'aimantation totale. Ces aimants forment un cristal du point de vue magnétique. La seconde partie résultant du processus de fragmentation se compose d'aimants ayant, soit 2/3, soit 4/3 de l'aimantation totale, dont l'orientation n'est pas strictement définie.
En plus d'ouvrir de nouvelles perspectives dans le domaine de la frustration magnétique, le résultat de cette découverte approfondit notre connaissance sur la façon de réaliser et de contrôler des états nouveaux de la matière.
Figure : Analyse dans l'espace de Fourier de simulations Monte-Carlo et d'une image de configurations magnétiques. les cercles rouges et noirs entourent des pics de Bragg associés )à un ordre à grande distance et au processus de fragmentation du magnétisme.
Référence :
B. Canals, I-A. Chioar, V. Nguyen, N. Rougemaille, M. Hehn, D. Lacour, F. Montaigne, A. Locatelli, T. O. Mentes, B. S. Burgos
Fragmentation of magnetism in artificial kagome dipolar spin ice