Magnétisation induite par laser : une approche révolutionnaire en science des matériaux

par Amir Hussein
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laser-induced magnetization

Une puissante impulsion laser, lorsqu’elle est dirigée vers un alliage de fer, fait fondre momentanément la zone ciblée, créant ainsi une petite zone magnétique. Cette découverte est attribuée au HZDR / Sander Münster.

Une étude collaborative a révélé que des impulsions laser brèves et intenses peuvent induire une magnétisation dans les alliages de fer. Cette avancée a des implications significatives pour la technologie des capteurs magnétiques, le stockage des données et le domaine de la spintronique.

Traditionnellement, magnétiser un clou en fer consiste à le frotter avec un barreau aimanté. Cependant, des chercheurs du Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), en partenariat avec le Laserinstitut Hochschule Mittweida (LHM), ont développé une méthode non conventionnelle : utiliser des impulsions laser ultracourtes sur certains alliages de fer pour induire une magnétisation. Leurs recherches s’étendent à différentes classes de matériaux, élargissant potentiellement le champ des applications. Ces résultats sont publiés dans la revue Advanced Functional Materials.

Innovations dans les techniques de magnétisation

Cette découverte surprenante remonte à 2018. L’équipe HZDR a découvert que lorsqu’une couche d’alliage fer-aluminium était exposée à des impulsions laser ultracourtes, le matériau non magnétique se transformait en matériau magnétique. Les impulsions laser réorganisent la structure atomique, ce qui amène les atomes de fer à se regrouper plus étroitement et à former un aimant. Les chercheurs pourraient ensuite inverser la magnétisation avec des impulsions laser plus faibles, ce qui leur permettra de créer et d’effacer de petites zones magnétiques sur une surface.

L'expérience initiale a soulevé plusieurs questions. Le Dr Rantej Bali du HZDR a cherché à déterminer si cet effet était exclusif à l'alliage fer-aluminium ou applicable à d'autres matériaux. En collaboration avec le Dr Theo Pflug du LHM et des collègues de l'Université de Saragosse, ils ont élargi leurs recherches.

Étudier la magnétisation avec des impulsions laser

Leur attention s’est portée sur un alliage fer-vanadium qui, contrairement à l’alliage structuré fer-aluminium, présente un arrangement atomique amorphe plus désordonné. Ils ont utilisé la méthode pompe-sonde pour surveiller les effets de l’irradiation laser.

«Nous magnétisons l'alliage avec une forte impulsion laser et réfléchissons simultanément une impulsion plus faible sur la surface du matériau», explique Theo Pflug. L'analyse des impulsions réfléchies permet de déterminer les attributs physiques du matériau. Ce processus est répété, prolongeant l'intervalle entre les impulsions initiales et suivantes, créant ainsi un ensemble de données de réflexion séquentielle qui illustre les processus déclenchés par le laser.

Fusion rapide et formation magnétique

La recherche a révélé que l’alliage fer-vanadium, malgré sa structure atomique différente, pouvait être magnétisé par exposition laser. "Dans les deux alliages, l'impulsion laser fait fondre brièvement le matériau au point d'irradiation, effaçant la structure précédente et formant une petite zone magnétique", précise Rantej Bali.

Cela indique que de tels phénomènes magnétiques peuvent se produire dans diverses structures atomiques.

L’équipe analyse également le calendrier de ces processus. "Nous comprenons désormais la chronologie de ces événements", ajoute Theo Pflug. Initialement, l’impulsion laser excite les électrons qui, en quelques picosecondes, transfèrent de l’énergie aux noyaux atomiques. Ce transfert d'énergie conduit à la formation d'une structure magnétique, qui est ensuite stabilisée par un refroidissement rapide. Les expériences futures se concentreront sur l’observation du réarrangement atomique lors de la magnétisation à l’aide de rayons X intenses.

Applications potentielles en vue

Bien qu’encore au stade de développement, cette recherche suggère des applications potentielles. Par exemple, l’utilisation de lasers pour placer de minuscules aimants sur la surface d’une puce pourrait bénéficier à la fabrication de capteurs magnétiques dans les véhicules et au stockage de données magnétiques.

Ce phénomène pourrait également jouer un rôle dans la spintronique, où les signaux magnétiques pourraient remplacer les électrons dans les transistors pour l’informatique numérique, ouvrant ainsi la voie à la future technologie informatique.

Référence : « Réordonnancement positionnel et chimique du réseau induit par laser générant du ferromagnétisme » par Theo Pflug, Javier Pablo-Navarro, Md. Shabad Anwar, Markus Olbrich, César Magén, Manuel Ricardo Ibarra, Kay Potzger, Jürgen Faßbender, Jürgen Lindner, Alexander Horn et Rantej Bali, 21 novembre 2023, Matériaux fonctionnels avancés.
DOI : 10.1002/adfm.202311951

Foire aux questions (FAQ) sur la magnétisation induite par laser

Quelle est la principale découverte en matière de magnétisation induite par laser ?

Une étude a révélé que des impulsions laser ultracourtes peuvent magnétiser les alliages de fer, ce qui a des implications significatives pour la technologie des capteurs magnétiques, le stockage de données et la spintronique.

Comment fonctionne la magnétisation induite par laser ?

La magnétisation induite par laser consiste à utiliser une forte impulsion laser pour faire fondre momentanément un alliage de fer au point irradié, provoquant ainsi la réorganisation des atomes et la formation d'une petite zone magnétique.

Quelles sont les applications potentielles de cette découverte ?

Cette technique pourrait être utilisée pour créer des capteurs magnétiques sensibles pour les véhicules, pour le stockage de données magnétiques et pour la spintronique pour les processus informatiques numériques.

Qui a mené cette recherche sur la magnétisation induite par laser ?

La recherche a été menée par une équipe du Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) et du Laserinstitut Hochschule Mittweida (LHM).

Quels matériaux sont affectés par ce processus de magnétisation induit par laser ?

Initialement, le processus a été observé dans un alliage fer-aluminium, mais des recherches plus approfondies ont montré qu'il s'applique également aux alliages fer-vanadium ayant des structures atomiques différentes.

En savoir plus sur la magnétisation induite par laser

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5 commentaires

Émilie R. décembre 19, 2023 - 6:56 pm

J'ai lu cela dans un autre article, ils ont dit que cela pourrait changer la donne pour le stockage de données, mais je ne suis pas totalement sûr de savoir comment cela fonctionne ?

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John Smith décembre 19, 2023 - 10:34 pm

wow, c'est vraiment quelque chose, hein, le fer est magnétisé par juste des impulsions laser ? la science est folle de nos jours

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Amateur de laser décembre 20, 2023 - 3:25 am

Je dois aimer la façon dont les lasers sont utilisés pour tout de nos jours, de la médecine à la fabrication actuelle d'aimants. Tout simplement génial!

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Mike magnétique décembre 20, 2023 - 8:33 am

recherche intéressante, mais qu'en est-il du coût d'une telle technologie, il semble qu'elle serait coûteuse à mettre en œuvre à grande échelle.

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TechGuru99 décembre 20, 2023 - 9:52 am

Donc si je comprends bien, le laser réorganise les atomes pour créer des aimants ? c'est plutôt cool mais cela semble aussi complexe.

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