De nouvelles recherches sur le magnétisme des atomes solitaires
Au cours du projet FURORE (Fundamental studies and innovative approaches of research on magnetism), les chercheurs ont utilisé des approches expérimentales innovantes pour étudier les propriétés magnétiques individuelles des atomes solitaires sur des surfaces métalliques et semi-conductrices. L'équipe de projet a démontré la possibilité de mesurer la réponse de magnétisation d'atomes magnétiques individuels (fer) adsorbés sur un substrat non magnétique (cuivre) en utilisant un microscope à effet tunnel à polarisation de spin. Après une caractérisation détaillée de ces interactions dépendantes de la distance qui entraînent l'alignement ou l'anti-alignement de paires d'atomes de fer à la magnétisation du bout en fonction de leur espacement atomique, l'équipe a construit une feuille de route des interactions magnétiques. L'étude des interactions magnétiques à partir des courbes de magnétisation d'atomes solitaires laisse penser que les atomes solitaires pourraient être utilisés à l'avenir pour stocker des informations dans des dispositifs. En utilisant la méthode de microscopie à effet tunnel à polarisation de spin (SP-STM), les membres du projet ont réussi à construire des nanostructures magnétiques artificielles complexes. Les nouvelles chaînes linéaires de fer et les nanostructures à spin frustré développées ont montré une capacité à être combinées avec des îles ferromagnétiques, réalisant ainsi une porte logique tout-spin au niveau atomique. Les chercheurs ont ensuite utilisé la technique de spectroscopie par effet tunnel inélastique (IETS) pour sonder les états de spin quantique d'un atome de fer solitaire lié à des couches de cuivre, d'argent ou de platine. Cette technique utilise une pointe de balayage de la taille d'un atome qui permet le passage d'électrons vers l'atome de fer lié. Les électrons dans le tunnel ont transféré de l'énergie à l'atome de fer, induisant des changements dans les propriétés de spin du fer. Cette expérience a montré que le nuage d'électrons de conduction du substrat joue un rôle majeur dans la limitation de la durée des excitations de spin du fer. Les chercheurs ont également combiné les techniques SP-STM et IETS pour révéler les dynamiques de spin liées au courant d'aimants quantiques construits artificiellement, constitués de seulement quelques atomes. Deux techniques complémentaires ont été utilisées pour lire la courbe de magnétisation et mesurer les excitations magnétiques d'atomes dopants solitaires liés à des semi-conducteurs. Les résultats ont montré qu'un atome dopant magnétique peut servir de magnétomètre de la taille d'un atome pour mesurer la magnétisation du nuage d'électrons sur la surface semi-conductrice. Les membres du projet ont inventé une méthode expérimentale appelée spectroscopie de force d'échange magnétique, qui permet de mesurer quantitativement la force de l'interaction des échanges magnétiques entre les états de spin simples du bout magnétique et les échantillons d'atomes sur une enceinte vide. Les travaux expérimentaux se sont accompagnés d'études théoriques sur les mécanismes de pertes d'énergie entre le bout et l'échantillon. Les recherches innovantes du projet FURORE sur les courbes de magnétisation des atomes solitaires et les interactions magnétiques sont essentielles pour le développement de nouveaux dispositifs avec de meilleures capacités de stockage et une plus grande efficacité.
Mots‑clés
Magnétisme, atomes solitaires, interactions magnétiques, calcul quantique, FURORE
