Maîtrise des propriétés magnétiques d’un multiferroïque sous contrainte

Des travaux menés sur l’oxyde de bismuth et de fer montrent une modification de la dynamique des ondes de spin en fonction de la déformation.

Une équipe de chercheurs a réussi à mesurer et analyser la réponse magnétique de films minces soumis à une déformation connue. Parus dans la revue Nature Materials, leurs travaux montrent notamment la disparition des modes de faible énergie lorsque la contrainte dépasse un certain seuil. Les physiciens dont des français de l’Unité Mixte de Physique CNRS/Thales, du Groupe de Physique des Matériaux – GPM (CNRS/Univ. Rouen/INSA Rouen) et du Laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques – MPQ (CNRS/Univ. Paris Diderot) ont choisi de travailler avec l’oxyde de bismuth et de fer (BiFeO₃).

Les composés multiferroïques présentent la rare propriété de posséder simultanément des paramètres différents mais dépendants les uns des autres. Dans le cas du BiFeO3, il s’agit de propriétés anti-ferromagnétique et ferroélectrique. Des déformations dans de tels films minces peuvent permettre d’en moduler les propriétés magnétiques.

En le faisant croître de façon à obtenir un film mince de 70 nm d’épaisseur et en utilisant des substrats avec une périodicité différente du BiFeO₃ massif, les chercheurs ont imposé une déformation au film mince. En effet, ce dernier cherche à s’adapter à la périodicité du substrat sur lequel il croît et doit donc se mettre en tension ou en compression. Ce faisant, l’équipe a réussi à imposer jusqu’à -2.6% de compression et jusqu’à 1.3% de tension. Une fois la déformation créée, ils ont déterminé l’ordre magnétique de la couche d’oxyde par spectroscopie Mossbauer et Raman. Il ne leur restait plus qu’à coupler les mesures avec la modélisation pour connaitre les ordres magnétiques ainsi que leur domaine de stabilité.

Ces mesures permettent de progresser vers la maîtrise des propriétés magnétiques via les déformations élastiques. L’équipe de chercheur espère désormais pouvoir contrôler en continu les propriétés magnétiques. Pour cela ils vont combiner le BiFeO3 à des matériaux piézoélectriques qu’ils déformeront en les soumettant à une tension électrique.

Par Audrey Loubens, journaliste scientifique