Effets quantiques dans les aimants des terres rares

La plupart des effets magnétiques, comme l'hystérésis magnétique, sont généralement expliqués avec des idées classiques. Cependant, cet article se penche sur un type d'aimant fait d'éléments de terres rares, où l'action se situe au niveau quantique.

Dans ce cas particulier, le mouvement des frontières magnétiques, appelées parois de domaine, ne se produit pas uniquement à cause de la chaleur, mais est grandement influencé par le Tunneling quantique. Cela signifie qu'au lieu de simplement glisser sur des obstacles, les spins qui composent l'aimant peuvent les traverser, ce qui entraîne un bruit différent appelé bruit de Barkhausen.

#Qu'est-ce que le bruit de Barkhausen ?

Le bruit de Barkhausen est un signal observé lorsque les murs magnétiques se déplacent. Il provient de changements rapides dans la Magnétisation à mesure que les murs se déplacent. Ce bruit a été étudié pendant plus d'un siècle, mais la plupart des recherches ont porté sur des cas où l'énergie thermique pousse les murs. Cet article est différent car il se concentre sur le bruit qui provient d'événements quantiques.

#Étudier le monde quantique

Dans cette étude, les chercheurs ont voulu voir comment les interactions entre les parois de domaine agissent à basse température, permettant aux effets quantiques de montrer leur force. Ils s'attendaient à ce qu'il y ait, tout comme avec des aimants traditionnels, des interactions conduisant à un comportement collectif dans les murs, mais ils pensaient aussi que les Phonons - de minuscules vibrations dans le matériau - joueraient un rôle.

Pour obtenir des résultats clairs, l'équipe devait choisir le bon type d'aimant. Ils cherchaient une structure simple, où les effets thermiques et quantiques seraient distinguables à des températures plus élevées. Ils se sont arrêtés sur un aimant Ising, fait d'holmium et d'yttrium, qui a de forts champs cristallins dirigeant le chemin.

#L'expérience

Les chercheurs ont préparé une fine pièce de cet aimant et l'ont mise en place d'une manière spéciale pour mesurer ses propriétés magnétiques. Ils ont utilisé une bobine pour capter les signaux de l'aimant en changeant les champs magnétiques. Ils ont pris des mesures sur une gamme de températures, juste au-dessus du zéro absolu jusqu'à des températures plus proches de la transition de l'aimant à un état normal.

Quand ils ont regardé comment la magnétisation changeait en appliquant un champ magnétique, ils ont remarqué qu'à mesure que la température changeait, la force globale de la magnétisation diminuait, mais la forme de la réponse restait la même. Les effets thermiques semblaient petits par rapport aux effets issus de la mécanique quantique.

#Les observations

En observant comment les parois de domaine se déplaçaient et créaient du bruit, les chercheurs ont trouvé quelque chose d'intéressant. Ils ont découvert deux types principaux d'événements dans le bruit. Un type semblait se produire indépendamment et se comportait un peu comme des avalanches, tandis que l'autre type impliquait des murs travaillant ensemble pour se déplacer de manière coordonnée.

C'était surprenant car, dans l'analyse standard, les chercheurs s'attendent à ce que des événements similaires suivent certains schémas. Cependant, cette étude a montré que ces deux types d'événements avaient des réponses différentes aux champs magnétiques externes. Les événements indépendants continuaient à se produire même lorsque le champ magnétique changeait, tandis que les événements coopératifs étaient sensibles au champ magnétique.

#L'importance des découvertes

Pourquoi est-ce important qu'il y ait deux types de mouvements de murs ? C'est important car cela révèle comment la mécanique quantique peut provoquer un comportement collectif dans les matériaux, quelque chose qui n'est pas complètement compris. Comprendre ces dynamiques pourrait éclairer comment divers matériaux se comportent sous magnétisation et comment ils pourrait être utilisés.

L'équipe a conclu que les deux types d'événements étaient influencés par le tunneling quantique. Cela signifie que le mouvement des parois de domaine n'est pas juste une question de spins qui se retournent un par un ; au lieu de cela, cela implique des interactions plus complexes qui peuvent mener à de plus grands groupes de spins se déplaçant ensemble.

#Implications futures

Les implications de ce travail pourraient s'étendre au-delà des seuls matériaux magnétiques. Les principes observés dans cette étude peuvent s'appliquer à de nombreux autres systèmes où de grands groupes de particules interagissent. Cela inclut tout, des électroniques aux tremblements de terre et même comment les matériaux se plient ou se cassent sous stress.

En s'aventurant dans le domaine quantique du magnétisme, les chercheurs ont ouvert de nouvelles voies pour comprendre comment différents systèmes fonctionnent. De plus, cette étude encourage à chercher des signes d'effets quantiques dans divers systèmes qui connaissent des interactions similaires entre des parties microscopiques.

Mieux comprendre ces phénomènes pourrait conduire à des avancées dans la technologie et la science des matériaux, dévoilant potentiellement de nouveaux matériaux avec des propriétés magnétiques uniques ou même créant des systèmes qui exploitent ces effets quantiques pour un usage pratique.

En résumé, en observant comment les parois de domaine dans un aimant à terres rares affichent des comportements quantiques uniques, nous gagnons un aperçu de l'interaction complexe des forces au niveau atomique. Cette recherche enrichit non seulement notre connaissance du magnétisme mais pourrait aussi inspirer de nouvelles façons de manipuler les matériaux à l'avenir.