Comment sonder le magnétisme de nanostructures développées pour le stockage de données dans des mémoires magnétiques MRAM ou des disques durs de haute intensité ?
On peut utiliser de la lumière polarisée circulairement droite et gauche et mesurer la différence d'absorption par la nanostructure (effets Kerr magnétique ou dichroïsme circulaire magnétique) mais cette approche n'a été que peu explorée à l'échelle femtoseconde (10-15 s).
Il existe une autre voie, découverte très récemment. Dans des conditions très particulières, la lumière peut porter un « moment angulaire orbital » (MAO) associé à un front d'onde hélicoïdal, et non plus plan ou sphérique, comme celui d'un faisceau laser classique. Or des expériences montrent que des lumières portant des MAO de signes opposés n'interagissent pas de la même manière avec une surface magnétique.
Des chercheurs de l'Iramis, de Cergy Paris Université et Sorbonne Université ont étudié cet effet par réflexion de faisceaux laser XUV porteurs de MAO sur des « tourbillons » (vortex) magnétiques, dans un alliage de fer et de nickel (permalloy).
Cette couche de permalloy présente une aimantation en vortex dont le sens de rotation est fixé par le champ magnétique lors de la magnétisation initiale de la couche. Les impulsions laser porteuses d'un MAO et de durée égale à quelques dizaines de femtosecondes sont produites à partir du laser à électrons libres FERMI, à Trieste (Italie). Par réflexion sur les vortex magnétiques, elles forment en champ lointain une figure à la dissymétrie chirale qui signe leur présence. Le sens de la figure (droite ou gauche) dépend du sens des vortex magnétiques et de celui du MAO.
Cette observation d'un dichroïsme hélicoïdal magnétique est une première qui ouvre une nouvelle voie de caractérisation magnéto-optique des nanostructures magnétiques avec une résolution femtoseconde. Si elle s'accorde avec une théorie classique, basée sur l'utilisation des coefficients de réflexion magnéto-optique, elle soulève de nombreuses questions fondamentales, auxquelles les chercheurs de l'Iramis s'attacheront à répondre avec un dispositif en construction sur la plateforme ATTOLab, grâce au soutien de l'ANR et du Labex PALM.