Le ferromagnétisme est un phénomène physique important qui joue un rôle central dans de nombreuses technologies. Il est bien connu des métaux tels que le fer, le cobalt et le nickel, qui sont magnétiques à température ambiante parce que leurs spins électroniques sont alignés parallèlement. Ce n’est qu’à des températures très élevées que ces matériaux perdent leurs propriétés magnétiques.
Les scientifiques dirigés par Richard Warburton du Département de physique et du Swiss Nanoscience Institute de l’Université de Bâle ont montré que le disulfure de molybdène possède également des propriétés ferromagnétiques dans certaines conditions. À basse température et en présence d’un champ magnétique externe, les spins des électrons s’alignent également en parallèle dans ce matériau.
Dans leur étude actuelle, publiée dans le journal ’Physical Review Letters’, les chercheurs ont déterminé la quantité d’énergie nécessaire pour inverser un seul spin d’électron dans cet état ferromagnétique. Cette énergie dite d’échange est importante, car elle décrit la stabilité des propriétés ferromagnétiques.
Un travail de détective pour une solution simple
Nous avons excité le bisulfure de molybdène avec un laser et analysé les lignes spectrales émises", explique Nadine Leisgang, l’auteur principal de l’étude. Chaque ligne spectrale correspond à une longueur d’onde et à une énergie spécifiques. En mesurant la distance entre certaines lignes spectrales, les chercheurs ont pu déterminer l’énergie d’échange. Ils ont constaté que cette énergie était environ dix fois plus faible dans le bisulfure de molybdène que dans le fer, ce qui montre que le ferromagnétisme du matériau est très stable.Bien que la solution semble simple, il a fallu beaucoup de travail de détection pour attribuer correctement les lignes spectrales’, explique Richard Warburton.
Matériaux bidimensionnels
Les matériaux 2D sont très importants dans la recherche sur les matériaux, car ils ont des propriétés physiques particulières dues aux effets de la mécanique quantique. Ils peuvent en outre être empilés pour former ce que l’on appelle des hétérostructures de van der Waals.Dans l’exemple de l’étude, la couche de bisulfure de molybdène est entourée de nitrure de bore hexagonal et de graphène. Ces couches sont maintenues ensemble par de faibles liaisons de van der Waals et possèdent des propriétés uniques qui les rendent intéressantes pour l’électronique et l’optoélectronique. Il est important de comprendre leurs propriétés électriques et optiques afin de pouvoir les utiliser dans les technologies futures.
Publication originale
Nadine Leisgang, Dmitry Miserev, Hinrich Mattiat, Lukas Schneider, Lukas Sponfeldner, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Martino Poggio and Richard J. Warburton
Énergie d’échange de l’état de base électronique ferromagnétique dans un semi-conducteur monocouche
Physical Review Letters (2024), doi : 10.1103/PhysRevLett.133.026501
