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Provoquer le gel ou le dégel d’une glace magnétique en modifiant son degré de frustration

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Provoquer le gel ou le dégel d’une glace magnétique en modifiant son degré de frustration

Des physiciens viennent d’observer expérimentalement les changements d’organisation d’un réseau de vortex magnétiques, provoqués par une modification du paysage d’énergie, induisant une frustration géométrique des interactions. Dans un système de particules interagissant deux à deux, les contraintes géométriques peuvent rendre impossible la minimisation simultanée de toutes les interactions. On parle alors de système frustré. C’est par exemple le cas de la glace d’eau : alors que le motif d’énergie minimale pour quatre molécules d’eau est un tétraèdre régulier, il est impossible de remplir l’espace avec ce volume sans former des tétraèdres irréguliers dont l’énergie n’est pas minimale. Les systèmes permettant l’étude expérimentale des conséquences de la frustration sont rares et surtout leur géométrie est habituellement prédéterminée.

 

À basse température (a), les puits de potentiel (gris foncé) sont disposés d’une façon telle que les vortex (jaune) se voient forcés à adopter une configuration du type « glace » (la distance entre les vortex n’est pas constante). En revanche, à plus haute température (b), les puits de potentiel les plus proches coalescent, ce qui efface la frustration géométrique et permet aux vortex d’adopter une configuration périodique. D. R.

 

Des physiciens de l’unité mixte de physique (CNRS/Thalès) à Palaiseau, du laboratoire de photonique et de nanostructures (LPN, CNRS) à Marcoussis et du laboratoire de physique et d’étude des matériaux (LPEM, CNRS/ESPCI ParisTech/UPMC) viennent de mettre au point un système à deux dimensions dont il est possible de basculer le paysage d’énergie d’une configuration « frustrante » à une configuration « non frustrante ». Il s’agit d’un oxyde supraconducteur à haute température critique dont les propriétés sont modulées spatialement. On obtient ainsi un paysage d’énergie pour des vortex magnétiques dont la géométrie varie radicalement en fonction de la température. En chauffant ou refroidissant ce dispositif, les chercheurs ont activé ou désactivé la frustration géométrique, et ainsi observé et analysé le gel ou la fonte d’une glace magnétique. Ce travail est publié dans la revue Nature Nanotechnology. Lire la suite de l’article sur le site de l’INP du CNRSNouvelle fenêtre.

Pour en savoir plus :

Unité mixte de physique (CNRS/Thalès)Nouvelle fenêtre

Laboratoire de physique et d’étude des matériaux (LPEM/CNRS/ESCPCI ParisTech/UPMC)Nouvelle fenêtre

Laboratoire de photonique et de nanostructures (LPN, CNRS)Nouvelle fenêtre

 

Référence :

Freezing and thawing of artificial ice by thermal switching of geometric frustration in magnetic flux lattices. J. Trastoy, M. Malnou, C. Ulysse, R. Bernard, N. Bergeal, G. Faini, J. Lesueur, J. Briatico et Javier E. Villegas, Nature Nanotechnology, 2014.

Retrouvez l’article sur la base d’archives ouvertes arXivNouvelle fenêtre.

 

Vignette : image « artistique » de la fonte de la glace artificielle à base de vortex. D. R.



10/10/14