Depuis plus d’un siècle, les manuels de physique enseignent qu’il existe deux types fondamentaux d’aimants. Les ferromagnétiques, comme les aimants de réfrigérateur, possèdent une forte aimantation nette car tous leurs spins atomiques pointent dans la même direction. Les antiferromagnétiques ont leurs spins disposés en directions opposées alternées, s’annulant pour produire une aimantation nette nulle.
Cette classification binaire pourrait devoir être mise à jour. Une revue exhaustive publiée le 6 juillet dans Nature Physics consolide les preuves d’une troisième classe fondamentale de magnétisme : l’altermagnétisme. Contrairement aux ferromagnétiques, les altermagnétiques ne produisent aucun champ magnétique vagabond. Contrairement aux antiferromagnétiques, ils peuvent conduire des courants fortement polarisés en spin, combinant potentiellement les meilleures caractéristiques des deux pour les dispositifs spintroniques de nouvelle génération.
La phase magnétique manquante
La découverte que quelque chose manquait est venue de la cristallographie. Les chercheurs ont remarqué que certains matériaux, parmi lesquels MnTe, RuO₂ et CrSb, présentaient un ordre magnétique qui ne correspondait pas au cadre conventionnel. Leurs spins étaient compensés (aimantation nette nulle), comme les antiferromagnétiques, mais leur structure de bande électronique montrait une séparation de spin, ce qui ne devrait pas se produire dans les antiferromagnétiques conventionnels où la dégénérescence de Kramers maintient les bandes spin-up et spin-down appariées.
La résolution est venue de la symétrie. Dans les antiferromagnétiques conventionnels, les sous-réseaux de spin sont liés par une translation combinée à une symétrie de renversement du temps, une opération mathématique qui inverse à la fois le spin et le temps. Dans les altermagnétiques, les sous-réseaux sont liés par une rotation combinée à une symétrie de renversement du temps. La rotation ajoute une composante directionnelle qui lève la dégénérescence de spin aux points de moment généraux tout en préservant une aimantation nette nulle.
Le résultat est un matériau qui combine des propriétés auparavant considérées comme mutuellement exclusives : des courants polarisés en spin dans un aimant qui ne produit aucun champ vagabond.
Pourquoi cela importe pour les dispositifs
Les champs magnétiques vagabonds produits par les ferromagnétiques constituent un problème persistant dans l’électronique miniaturisée. Dans les réseaux de mémoire magnétique densément peuplés, le champ d’un bit peut inverser un bit voisin, un problème de diaphonie qui s’aggrave à mesure que les dispositifs rétrécissent. Les altermagnétiques éliminent complètement ce problème car ils n’ont aucune aimantation nette et donc aucun champ vagabond.
Parallèlement, les altermagnétiques produisent des courants polarisés en spin, condition essentielle pour les dispositifs spintroniques qui utilisent le spin des électrons plutôt que la charge pour traiter et stocker l’information. Ils offrent également une dynamique de spin intrinsèquement rapide dans la gamme des térahertz, permettant potentiellement des vitesses de commutation bien supérieures à ce que les dispositifs ferromagnétiques peuvent atteindre.
La revue, rédigée par une équipe internationale dirigée par T. Jungwirth (Académie tchèque des sciences), J. Sinova (Université Johannes Gutenberg de Mayence) et L. Šmejkal (Mayence), examine les jalons expérimentaux qui ont étayé le dossier de l’altermagnétisme au cours des trois dernières années : confirmation spectroscopique dans MnTe (Krempaský et coll., Nature, 2024), séparation de spin en couche mince dans CrSb (Reimers et coll., Nature Communications, 2024) et réponses Hall anormales dans Mn₅Si₃ (Reichlova et coll., Nature Communications, 2024).
Ce qui a été démontré
La revue identifie plusieurs phénomènes fonctionnels déjà démontrés ou prédits dans les altermagnétiques :
- Magnétorésistance tunnel géante prédite dans les jonctions tunnel altermagnétiques
- Couple de séparation de spin, couple spin-orbite efficace sans couches de métaux lourds, observé expérimentalement dans RuO₂
- Effet altermagnétoélectrique, couplage réciproque entre la polarisation électrique et l’ordre magnétique
- Effet diode supraconducteur parfait prédit dans les hybrides altermagnétique-supraconducteur
- Altermagnétisme commutable ferroélectriquement démontré dans des matériaux multiferroïques
- Fonctionnement à température ambiante confirmé dans plusieurs altermagnétiques, dont CrSb et RuO₂
Mises en garde
L’altermagnétisme en tant que classe magnétique distincte fait encore débat dans certaines parties de la communauté de la matière condensée. Certains chercheurs soutiennent qu’il représente un sous-type d’antiferromagnétisme plutôt qu’une phase véritablement nouvelle. La revue elle-même reconnaît que la frontière entre les altermagnétiques et certains antiferromagnétiques à haute symétrie n’est pas toujours nette.
De plus, la plupart des démonstrations à ce jour sont au niveau de la caractérisation des matériaux plutôt qu’au niveau du dispositif. Les dispositifs spintroniques fonctionnels utilisant des altermagnétiques, cellules mémoire, portes logiques, capteurs, restent largement théoriques, bien que les démonstrations à température ambiante les rapprochent de la réalité pratique.
Traduit par Lydie
Divulgation : Basé sur un article de revue évalué par les pairs dans Nature Physics, publié le 6 juillet 2026. DOI : 10.1038/s41567-026-03337-w. Auteurs : T. Jungwirth, J. Sinova, P. Wadley, D. Kriegner, H. Reichlová, F. Krizek, H. Ohno, L. Šmejkal et al.