Finco et al, Nature Communications 12, 767 (2021) obtenir le fichier

Ce travail résulte de la collaboration entre le Laboratoire Charles Coulomb à Montpellier, France, l'Unité Mixte de Physique CNRS/Thales à Palaiseau, France et le Centre de Nanoscience et de Nanotechnologies à Palaiseau, France. Il a été présenté pendant le séminaire jeunes chercheurs de l'EMA early en novembre 2020, la vidéo est disponible ici.

Nous démontrons ici un nouveau mode d'imagerie de la magnétométrie NV, qui se fonde sur la détection de champs magnétiques fluctuants (bruit magnétique) plutôt que la mesure du champ magnétique de fuite. Le centre NV est sensible au bruit magnétique avec une fréquence qui correspond à celle de la résonance de spin électronique (environ 3 GHz) : un bruit de ce type accélère la relaxation du spin, ce qui réduit la photoluminescence émise par le centre NV. On peut ainsi localiser des sources de bruit magnétique simplement en observant la photoluminescence du centre NV. Nous avons appliqué cette technique à l'imagerie de textures magnétiques dans des couches antiferromagnétiques synthétiques, qui sont constituées de deux couches ferromagnétiques couplées dont l'aimantation pointe dans des directions opposées. Nous montrons que le photoluminescence émise par le centre NV est plus faible au-dessus des parois de domaines magnétiques.

Cette chute de photoluminescence est liée à la présence d'ondes de spin confinées dans les parois de domaine. Le bruit magnétique produit par ces ondes de spin a une composante à la fréquence de détection du centre NV et accélère ainsi sa relaxation. Nous avons vérifié cela directement en mesurant le temps de relaxation et avons constaté qu'il est en effet plus court au niveau des parois de domaines.

Des mesures supplémentaires sur d'autres couches antiferromagnétiques synthétiques nous ont permis d'observer des spirales de spin et des skyrmions magnétiques en utilisant le même effet. Cette méthode n'est a priori pas limitée aux couches antiferromagnétiques synthétiques et devrait être applicable à une large palette de matériaux antiferromagnétiques.