Capter les ondes magnétiques pour réaliser de nouveaux dispositifs

Les matériaux naturels interagissent avec les rayonnements électromagnétiques car ils contiennent des charges électriques, même s'ils sont neutres dans leur ensemble. Cependant, ils peuvent aussi interagir à cause du spin, une propriété fondamentale des particules élémentaires. C'est ainsi que certains atomes ont un spin net (moment magnétique) et sont donc magnétiques.

Les métamatériaux sont des matériaux artificiels dont les propriétés uniques et intéressantes sont inconnues dans la nature. La création de structures artificielles dans des matériaux magnétiques pourrait conduire à des propriétés, des fonctionnalités et des utilisations imprévues, par exemple des dispositifs électromagnétiques permanents contrôlés par champ magnétique. Les scientifiques du projet NOWAPHEN («Novel wave phenomena in magnetic nanostructures») financé par l'UE ont repoussé les limites du magnétisme et de ses utilisations.

Les magnons sont des excitations collectives de la structure du spin des électrons dans un réseau cristallin. Les cristaux magnoniques sont analogues à des cristaux photoniques dotés d'une plage de fréquences interdisant la propagation de la lumière. Ce sont des métamatériaux dotés d'une structure périodique qui interdit la propagation des ondes de spin dans certaines bandes.

Les scientifiques de NOWAPHEN se sont appuyés sur des transferts multilatéraux de connaissances et d'expertise pour conduire un très grand nombre d'études de preuve de concept, et poser les bases d'un développement futur des métamatériaux magnoniques. Leurs travaux ont porté sur la spintronique, la magnonique, l'électromagnétisme et l'électronique micro-onde.

Les nombreuses découvertes et publications témoignent de la réussite du projet. Il s'agit notamment de nouvelles méthodes de caractérisation pour étudier les dispositifs magnoniques et les propriétés magnétiques aux interfaces. Les scientifiques ont découvert une transmission renforcée des ondes de spin dans des nanofils présentant un état de magnétisation en zigzag. Ceci pourrait conduire à utiliser les effets de la vitesse de propagation dans un transistor magnonique modulé par la vitesse. L'équipe a aussi découvert une nouvelle sorte d'anisotropie magnétique et une nouvelle catégorie de phénomènes non réciproques d'ondes de spin, inhérentes aux cristaux magnoniques métallisés.

La magnonique et la magnéto-photonique sont à l'aube d'une nouvelle ère de découvertes et de dispositifs magnétiques, autorisant un contrôle des ondes dans les solides qui va bien au-delà de ce que permet la photonique et la plasmonique. Les scientifiques de NOWAPHEN ont considérablement renforcé les connaissances et la compréhension du sujet, apportant une importante contribution à l'excellence de l'Europe dans un domaine qui promet d'avoir une grande importance socioéconomique.