Projet ANR-12-BS04-0009 – FRUSTRATED : Modèles de spin artificiels et frustration magnétique
Programme : Blanc - SIMI 4 - Physique des milieux condensés et dilués (Blanc SIMI 4) 2012
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur François MONTAIGNE (Institut Jean Lamour)
Partenaires : Institut Jean Lamour; Institut Neel
Montant : 417795.0 euros
Durée : 36 mois
Résumé : Dans ce projet, nous nous proposons d'étudier, expérimentalement et théoriquement, les effets de frustration magnétique et la physique des monopoles dans des réseaux artificiels de nano-aimants. La force de ce projet repose sur une collaboration étroite entre théoriciens, spécialistes des modèles de spin et dans l'utilisation de techniques numériques, et expérimentateurs ayant de solides compétences en élaboration, caractérisation et étude de nanostructures magnétiques. A notre connaissance, un tel consortium n'existe pas ailleurs au monde. Par ailleurs, bien que nous disposions en France d'une communauté scientifique importante, internationalement reconnue, en physique de la frustration et des monopoles magnétiques, il n'existe pas d'équipe française qui aborde ces problématiques sous l'angle du micromagnétisme. Aux vues des derniers travaux publiés reposant sur les réseaux artificiels de nano-aimants et à leur large impact dans la communauté, nous sommes convaincus que ce projet est une opportunité prometteuse pour mettre en place un consortium compétitif sur la scène internationale, réunissant des scientifiques de domaines aussi variés que la frustration magnétique, la physique statistique et le nanomagnétisme.
Plusieurs questions fondamentales, actuellement très débattues dans la communauté, seront abordées dans ce projet, avec le soucis permanent de confronter des résultats expérimentaux à des données théoriques.
1) A partir de résultats récents que nous avons obtenus, nous ré-explorerons les travaux pionniers publiés ces dernières années sur les glaces de spin dans les réseaux kagomé. En particulier, pour aller au delà de l'état de l'art actuel sur les connaissances acquises, nous nous proposons d'étudier le rôle des effets de taille, de géométrie et des conditions de bords dans ces réseaux sur l'apparition de phases de spin ordonnées et désordonnées. La procédure de désaimantation permettant d'accéder aux configurations de spin de plus basse énergie étant critique dans ces études, nous chercherons à imager et à simuler en temps réel comment ces réseaux s'accommodent des effets de frustration pendant qu'ils sont désaimantés.
2) Nous nous intéresserons également dans ces systèmes à la physique des monopoles magnétiques qui est actuellement un champ disciplinaire en rapide évolution. Dans une étude expérimentale parue il y a quelques mois, on observe que, sous champ magnétique appliqué, les monopoles magnétiques se déplacent le long de lignes bien définies du réseau kagomé, et ne suivent pas des trajectoires aléatoires comme on pourrait s'y attendre. Mais cette propriété intrigante a pour l'instant été ignorée ; nous l'aborderons dans ce projet.
3) Par la suite, nous étendrons ce type d'étude à d'autres systèmes de spin présentant également des effets de frustration magnétique, mais pour lesquels il n'existe actuellement aucune donnée expérimentale ou théorique. En particulier, nous nous intéresserons aux modèles de Potts et de spins XY, aux systèmes de spins Ising couplés antiferromagnétiquement, et à une tranche tri-dimensionnelle de structure pyrochlore. Ces études étant complètement exploratoires, elles constituent une partie fortement innovante de ce projet.
4) Enfin, une attention particulière sera portée à la comparaison entre les résultats expérimentaux et théoriques afin de déterminer si oui ou non les systèmes micromagnétiques frustrés sont correctement décrits par des modèles de physique statistique. En effet, les modèles de spin reposent sur des hypothèses fortes, clairement non vérifiées dans les réseaux artificiels de nano-aimants. En d'autres termes, jusqu'à présent des concepts de physique statistique sont directement appliqués à des objets micromagnétiques caractérisés par une rémanence, un champ de renversement, une anisotropie magnétique (de forme, magnétocristalline, magnétoélastique), etc... Mais ce point essentiel n'a jamais été abordé par la communauté. Nous le traiterons dans ce projet.