Les matériaux antiferromagnétiques sont l'objet d'étude principal du projet DIMAF en tant que candidats très prometteurs pour le développement de nouvelles technologies performantes et à faible consommation énergétique. Cependant, cela n'a pas toujours été le cas, ils ont longtemps été considérés comme « extrêmement intéressants d'un point de vue théorique mais dépourvu d'applications » même par Louis Néel lui-même, celui qui les a découverts, dans sa leçon à l'occasion de la remise de son prix Nobel en 1970.
En effet, les matériaux antiferromagnétiques sont très difficiles à mesurer et à manipuler pour une raison simple : ils n'ont pas d'aimantation nette. Dans un matériau ferromagnétique, un aimant habituel, l'aimantation de chaque atome pointe dans la même direction ce qui conduit à la présence d'une aimantation globale qui produit un champ magnétique de fuite et réagit quand on applique un champ externe. Dans le cas des matériaux antiferromagnétiques, la direction de l'aimantation alterne d'un atome à l'autre et elle est compensée à l'échelle macroscopique. Et alors il n'y a pas de champ magnétique de fuite et pas ou peu d'effet quand on applique un champ externe !
Pourtant, ils sont déjà utilisés, notamment dans les têtes de lecture des disques durs en raison du couplage intéressant qui apparaît à l'interface entre un matériau ferromagnétique et un matériau antiferromagnétique. L'objectif est d'aller encore plus loin et de tirer profit des propriétés qui les rendent si prometteurs :
Pour pouvoir les étudier, il reste néanmoins à trouver une méthode simple pour obtenir des images de leur état magnétique. Cela reste un défi en raison de l'absence d'aimantation nette, mais plusieurs techniques émergent pour résoudre ce problème, en particulier la magnétométrie à centre NV qui est celle que nous avons choisie pour le projet DIMAF. Les matériaux que nous étudions sont présentés ci-dessous.
La ferrite de bismuth est le matériau principalement étudié dans le cadre du projet parce qu'il exhibe un fort couplage entre l'ordre magnétique et la polarisation électrique à température ambiante. Cette propriété permet de contrôler le magnétisme à l'aide d'un champ électrique, un point crucial dans le développement de dispositifs à faible consommation énergétique.
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Les films antiferromagnétiques synthétiques sont des empilements de couches magnétiques possédant des aimantations pointant dans des directions opposées. Ces matériaux ont des propriétés fortement ajustables.
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