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Mise en évidence d’une nouvelle structure magnétique dans des réseaux d’oxydes de matériau complexe, manganite-nickelate

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Les interfaces entre différents oxydes complexes possèdent des propriétés physiques remarquablement riches et très intéressantes pour de futures applications dans l’électronique de demain, la spintronique.

La capacité de ces matériaux à héberger de nouveaux types d’ordres magnétiques, absents des propriétés des matériaux massifs correspondants, est particulièrement fascinante. Des scientifiques de Brookhaven National Laboratory (USA), de la ligne SEXTANTS  et de Argonne National Laboratory (USA) ont pu démontrer qu'une structure magnétique hélicoïdale existe dans les couches de nickelate dans l'hétérostructure [LaNiO3]3/[La2/3Sr1/3MnO3]9.

Les propriétés physiques des interfaces entre oxydes de matériaux complexes sont dues à l’existence d’interactions entre divers types de couplages mettant en jeu les électrons de ces matériaux : couplage de charge, orbitalaire et de spin.

Ces propriétés sont un véritable défi pour la compréhension des corrélations électroniques, tout en offrant des possibilités d’exploitation future dans l’utilisation du spin, et non de l’électron uniquement, dans l’électronique de demain : la spintronique.

Les effets d’interface dans les hétérostructures d'oxydes de métaux de transition peuvent générer un nouveau type de magnétisme qui n'est pas observé chez ces mêmes matériaux sous leur forme « bulk ». Grâce à l’utilisation de techniques de spectroscopie résonantes dans le domaine des rayons X mous, des scientifiques de Brookhaven National Laboratory (BNL, USA), de la ligne SEXTANTS  à SOLEIL et de Argonne National Laboratory (ANL, USA)  ont pu démontrer qu'une structure magnétique hélicoïdale existe dans les couches de nickelate dans l'hétérostructure [LaNiO3]3/[La2/3Sr1/3MnO3]9.

En mesurant la configuration électronique 3d du Ni, ils suggèrent que la structure magnétique hélicoïdale observée découle d'une instabilité d'onde de densité de spin dans la couche de nickelate. Leur travail fournit donc des indications importantes sur la manière de générer de nouvelles formes de magnétisme dans ces hétérostructures d’oxydes de métaux de transition.

Ces résultats viennent de paraitre dans la section « Rapid Communications » du journal Physical Review B, et font partie des suggestions de lecture par les éditeurs de cette revue.

Figure : Haut et centre : Structures magnétiques possibles de la couche de LaNiO3 dans le matériau (LSMO)9 / (LNO)3. L'angle de couplage γ correspond à l'angle entre deux couches de (LSMO)9.

Bas : configuration expérimentale utilisée dans les mesures de XRMR et RIXS rapportées dans cet article.