Un consortium international de recherche, auquel participe l’EPFL, a mis au point une technique puissante permettant d’observer des phénomènes dynamiques jusque-là insaisissables au sein des matériaux magnétiques. Cette avancée pourrait contribuer à l’émergence de futures technologies informatiques à faible consommation d’énergie.Dans les matériaux magnétiques, les spins microscopiques des atomes – souvent représentés comme de minuscules aiguilles de boussole – interagissent en permanence. Lorsqu’un spin est perturbé, cette perturbation se propage à travers le matériau comme une onde à la surface de l’eau. Ces ondes sont appelées ondes de spin, et leurs plus petits paquets d’énergie quantifiés sont appelés magnons.Comme les magnons transportent et traitent l’information sans déplacer de charge électrique, ils génèrent beaucoup moins de chaleur que l’électronique conventionnelle. Ils constituent donc des éléments de base prometteurs pour une informatique de nouvelle génération, plus économe en énergie. Cependant, nombre des phénomènes magnoniques les plus intéressants se produisent à des longueurs d’onde de l’ordre du nanomètre, où leurs interactions deviennent riches et complexes. À cette échelle minuscule, les techniques existantes peinent à les observer.Des scientifiques ont désormais mis au point une technique appelée « microscopie de l'impulsion des magnons » (en anglais magnon momentum microscopy ou MMM), qui utilise des rayons X mous pour capturer, en une seule image, la distribution bidimensionnelle complète des magnons. Plutôt que de détecter des ondes de spin individuelles, la MMM offre une vue d'ensemble de l'activité magnonique dans différentes directions et à différentes longueurs d'onde. Cette méthode, développée par des scientifiques de l’Institut Max Born (MBI) et du Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) en Allemagne, de l’Università degli Studi di Napoli Federico II (UniNa) en Italie, ainsi que du Laboratoire des matériaux magnétiques nanostructurés et magnoniques (LMGN) de la Faculté des sciences et techniques de l’ingénieur de l’EPFL, a été publiée dans Nature Physics.Microscopie de l'impulsion des magnons par rayons X mous. 2026 EPFL CC BY SA« La MMM permet une imagerie omnidirectionnelle des excitations de magnons, incluant à la fois les régimes linéaires et non linéaires, jusqu’à des longueurs d’onde d’une petitesse sans précédent et sur une large plage de fréquences », explique Dirk Grundler, directeur du LMGN. « Cette recherche n’aurait pas été possible sans des échantillons de grenat d’yttrium-fer – un matériau magnétique largement étudié – dotés de transducteurs micro-ondes-magnons à l’échelle nanométrique, développés au Centre de micro-nanotechnologie (CMi) de l’EPFL. »Vers un calcul ultra-efficace basé sur les magnonsEn appliquant la méthode MMM au grenat d’yttrium-fer, l’équipe internationale a mis au jour un phénomène remarquable: lorsque les magnons sont fortement excités, ils deviennent instables et redistribuent spontanément leur énergie dans un large éventail de directions et de longueurs d’onde. Ce comportement non linéaire est crucial, car il marque le seuil à partir duquel les magnons ne se comportent plus comme des ondes indépendantes, mais commencent à interagir fortement et à s’auto-organiser. Ces interactions peuvent conduire à des états collectifs entièrement nouveaux et ouvrir la voie à des fonctionnalités impossibles à réaliser dans les systèmes électroniques conventionnels.La compréhension et le contrôle de la dynamique non linéaire des magnons sont considérés comme une étape clé vers les futures technologies magnoniques, notamment d'architectures informatiques non conventionnelles dans lesquelles l'information pourrait être acheminée, amplifiée ou traitée à l'aide d'ondes de spin en interaction, avec une consommation d'énergie extrêmement faible.Reposant sur la diffusion des rayons X, la MMM s'applique à un large éventail de matériaux. Elle permet d'étudier des couches enfouies sous la surface et offre une sensibilité sélective aux propriétés magnétiques d'éléments chimiques spécifiques. Elle n'impose par ailleurs aucune restriction quant à la fréquence des magnons, ce qui la rend largement applicable dans ce domaine.Ces résultats font de la MMM une nouvelle plateforme polyvalente pour l'étude de la physique des ondes de spin à l'échelle nanométrique et pourraient accélérer le développement de dispositifs basés sur les magnons pour l'informatique de demain.RéférencesWittrock, S., Klose, C., Perna, S. et al. Soft-X-ray momentum microscopy of nonlinear magnon interactions. Nat. Phys. (2026). https://doi.org/10.1038/s41567-026-03318-z