Les matériaux multiferroïques sont attractifs pour contrôler l’ordre magnétique avec un champ électrique, ce qui nécessite potentiellement peu d’énergie. Dans le matériau multiferroïque modèle, BiFeO3, l’ordre antiferromagnétique est couplé à l’ordre ferroélectrique à température ambiante. Néanmoins, dans les couches minces de BiFeO3, plusieurs variantes ferroélectriques sont généralement induites par les contraintes d’épitaxie, complexifiant à la fois le paysage des textures antiferromagnétiques couplées et l’influence du champ électrique sur ces domaines multiferroïques. Un objectif majeur est de contrôler de manière déterministe l’influence du champ électrique sur les textures polaires et antiferromagnétiques.
Dans cette étude, nous utilisons des substrats vicinaux de SrTiO3 pour faire croître la couche mince de BiFeO3 par ablation laser pulsée. En choisissant judicieusement l’axe cristallin de vicinalité, les contraintes mécaniques permettent de stabiliser un seul domaine ferroélectrique sur tout l’échantillon, que nous visualisons par une technique de champ proche de microscopie de piezoréponse (PFM). Par la magnétométrie à balayage à centre NV, nous avons observé que l’état magnétique associé correspond à une cycloïde de spin antiferromagnétique unique.
Lorsque nous appliquons un champ électrique, nous observons que la polarisation se renverse toujours de la même manière dans ces films minces, avec un angle de 180°, tout en restant dans le même domaine ferroélastique. Ce contrôle déterministe de la polarisation est associé à un changement de l’ordre antiferromagnétique qui devient antiferromagnétique colinéaire (voir Figure) et potentiellement altermagnétique. Ces travaux ouvrent la voie à la réalisation de mémoires magnétoélectriques.
Ce travail a été mené en collaboration avec le laboratoire Structures Propriétés et Modélisation des Solides (SPMS), le Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST), le Laboratoire Charles Coulomb (L2C), le Laboratoire de Physique des Solides (LPS), le Service de Physique de l’Etat Condensé (SPEC) et le Synchrotron SOLEIL.
Référence :
Non-volatile electric-field toggling between antiferromagnetic states
- Abdelsamie, N. Rezi, A. Chaudron, O. Condurache, C.A.M. Scott, E. Wane, J.-D. You, X. Li, C. Carrétéro, F. Godel, R. Mattana, V. Jacques, M. Viret, A. Finco, B. Dkhil, J. Íñiguez-González, A. Gloter, N. Jaouen, J.-Y. Chauleau, K. Bouzehouane, S. Fusil, V. Garcia
