Magnons : une durée de vie inattendue, atout pour la spintronique

Lorsque les spins des électrons d'un matériau se déplacent de façon coordonnée, ils forment des ondes de spin, dont les excitations quantiques sont les magnons. Ceux-ci peuvent transporter énergie et information sans déplacement d'électrons comme dans un circuit ordinaire, ce qui en fait un candidat sérieux pour de futurs systèmes de calcul.

Ce qu'a montré l'expérience

L'équipe a étudié l'oxyde de cuivre, un matériau magnétique où magnétisme et vibrations des atomes sont fortement couplés. Une impulsion laser extrêmement brève et intense a excité les électrons, modifié leurs spins et créé des magnons, le tout à l'échelle de la femtoseconde. Les excitations magnétiques ont ensuite interagi entre elles, formant un ensemble d'ondes plus désordonné, avant de céder leur énergie aux vibrations du réseau cristallin, les phonons.

L'observation majeure concerne cette dernière étape : le transfert d'énergie des magnons vers les phonons n'intervient qu'à l'échelle de la nanoseconde, bien plus tard que prévu pour un matériau aux interactions aussi fortes.

Pour saisir le processus, les chercheurs ont combiné des impulsions de rayons X d'un laser à électrons libres, des mesures pompe-sonde et une nouvelle application de la diffusion inélastique résonante des rayons X résolue en temps, associée à deux méthodes connues. Cela a permis de suivre des phénomènes à des échelles de temps très différentes.

Selon eux, les écarts entre les relations énergie-impulsion des magnons et des phonons limitent l'efficacité du transfert. Mieux comprendre ce mécanisme pourrait aider à concevoir des matériaux dont la durée de vie des magnons est contrôlée, pour des circuits logiques économes en énergie et de nouvelles architectures de calcul.