Croissance épitaxiale de films minces de Mn5Si3, candidat altermagnétique aux propriétés remarquables pour la spintronique

L’équipe SPIXY du CINaM a stabilisé pour la première fois des films minces monocristallins de Mn₅Si₃ dont les propriétés ont été étudiées au sein d’un consortium franco-germano-tchèque. Ces films, bien que dépourvus d’aimantation à l’instar des matériaux antiferromagnétiques, abritent un effet Hall anormal robuste, comme les matériaux ferromagnétiques. Cette combinaison de propriétés est unique à l’altermagnétisme qui émerge des symétries singulières de la structure de spin. Un matériau altermagnétique est composé d’un ensemble de moments magnétiques orientés alternativement dans des directions opposées, comme un matériau antiferromagnétique colinéaire. Mais, contrairement à ce dernier, les deux sous-réseaux de moments qui composent l’altermagnétique n’ont pas le même environnement électronique de telle sorte qu’ils sont reliés par une symétrie de rotation et non plus de translation ou d’inversion. Il en résulte que le courant électrique est polarisé par le biais d’un décalage des bandes électroniques des spins majoritaires et minoritaires, un peu comme un matériau ferromagnétique.

De plus, le Mn₅Si₃ présente l’avantage incomparable d’être composé d’éléments à faible couplage spin-orbite, permettant de relier sans équivoque son caractère altermagnétique à sa symétrie cristalline particulière, symétrie stabilisée par ingénierie de croissance dans notre bâti d’épitaxie par jets moléculaires. Autre avantage, et non des moindres, le Mn₅Si₃ est composé d’éléments abondants et peu onéreux. Théorie, structure cristalline spécifique, fort effet Hall anormal en l’absence de champ magnétique et d’aimantation, doublé d’une claire influence de la cristallinité sont autant de signatures de l’altermagnétisme du Mn₅Si₃. Elles font l’objet de cet article pionnier dans le domaine, car prépublié dans arXiv à peine un an après la prédiction théorique de l’altermagnétisme.

Publication:

1. Reichlová, R. Lopes Seeger, R. González-Hernández, I. Kounta, R. Schlitz, D. Kriegner, P. Ritzinger, M. Lammel, M. Leiviskä, V. Petříček, P. Doležal, E. Schmoranzerová, A. Bad’ura, A. Thomas, V. Baltz, L. Michez, J. Sinova, S.T.B. Goennenwein, T. Jungwirth, L. Šmejkal, Observation of a spontaneous anomalous Hall response in the Mn₅Si₃ d-wave altermagnet candidate, Nature Communications 15, 4961 ( 2024)