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Preuve expérimentale du couplage spin-orbite Zeeman

par Revaz Ramazashvili - 12 mars

Toutes les versions de cet article : English , français

Ces dernières années, un énorme effort de recherche a été entrepris pour construire des dispositifs électroniques fondamentalement nouveaux (souvent appelés "dispositifs spintroniques") qui utiliseraient le spin de l’électron au même titre que sa charge. Une part importante de cet effort s’est concentrée sur la compréhension et l’utilisation du couplage spin-orbite, responsable de l’interaction entre le spin de l’électron et son mouvement orbital. Bien que le couplage spin-orbite soit devenu depuis longtemps un sujet d’étude, son exploration continue d’apporter des surprises.

Par exemple, il y a quelque temps, un physicien LPT a montré que, dans un champ magnétique externe, l’ordre de Néel peut donner lieu à un couplage spin-orbite d’une nature inhabituelle, sans rapport avec les effets connus auparavant. Ce couplage provient de l’effet Zeeman et a donc été appelé couplage spin-orbite Zeeman. Étant proportionnel au champ magnétique appliqué, le couplage est accordable. Il émerge de la dépendance de l’impulsion du tenseur g, et on a prédit qu’il produirait des d’effets spectaculaires, comme l’excitation des transitions de résonance de spin par un champ alternatif électrique plutôt que magnétique, une possibilité très recherchée en spintronique.

Cependant, le couplage spin-orbite Zeeman n’a pas encore reçu de confirmation expérimentale. C’est-à-dire jusqu’à récemment, lorsque la collaboration d’un physicien du LPT avec des collègues d’Allemagne, de Russie et du Japon a produit des preuves expérimentales sans équivoque du couplage spin-orbite Zeeman dans deux conducteurs très différents : un supraconducteur antiferromagnétique organique к-BETS et un supraconducteur cuprate dopé aux électrons NCCO.

Dans un travail antérieur, il a été prédit qu’en présence d’un couplage spin-orbite Zeeman, le champ transverse (par rapport au paramètre d’ordre Néel) laisse les niveaux de Landau dégénérés en spin. Et c’est précisément ce que l’expérience a démontré en se focalisant sur la dépendance angulaire de l’amplitude de l’oscillation quantique. En plus de son importance fondamentale, le couplage spin-orbite Zeeman ouvre de nouvelles possibilités de manipulation du spin, très recherchées dans l’effort actuel visant à exploiter le spin électronique pour les futures applications spintroniques.

Pour en savoir plus, le lecteur est invité à consulter l’article paru récemment dans npj Quantum Materials.

La figure : (a) surface de Fermi de κ-BETS en phase paramagnétique (PM). (b) Magnétorésistance intercouche de l’échantillon κ-BETS, enregistrée à T = 0,5 K. La ligne pointillée verticale indique la transition entre les phases antiferromagnétique à bas champ (AF) et paramagnétique à haut champ (PM). Les encarts montrent les transformées de Fourier rapides (FFT) des oscillations quantiques. (c) La petite surface de Fermi reconstruite δ (ombrée) en phase antiferromagnétique (AF).