Découverte d'« ondes fortes et faibles » magnétiques dans un semi-conducteur d'uranium par l'Agence japonaise de l'énergie atomique

L'Agence japonaise de l'énergie atomique a annoncé le 21 août que son équipe de recherche a découvert une structure magnétique particulière dans le semi-conducteur lamellaire d'uranium α-UTe3 (tri-tellurure d'uranium α) : le magnétisme des atomes d'uranium ne s'aligne pas seulement en alternance dans des directions opposées, mais son intensité d'aimantation augmente et diminue également de manière périodique en fonction de la position cristalline, formant un état semblable à des « ondes fortes et faibles ».

L'α-UTe3 est composé d'atomes d'uranium et de tellure, appartenant à la classe des matériaux lamellaires de van der Waals, où les couches atomiques sont empilées par des forces faibles. L'équipe de recherche a utilisé des monocristaux d'α-UTe3 de haute qualité, combinant des mesures de résistivité, de chaleur spécifique et d'aimantation, ainsi que des techniques de résonance magnétique nucléaire et de diffraction de neutrons sur monocristal, pour analyser sa structure magnétique à basse température. Les résultats montrent que ce matériau présente une faible conductivité électrique, appartenant à la catégorie des semi-conducteurs, et manifeste un antiferromagnétisme en dessous d'environ 5 kelvins.

Dans un antiferromagnétique classique, les moments magnétiques adjacents sont orientés dans des directions opposées et ont des amplitudes approximativement égales. Cependant, cette étude révèle que dans l'α-UTe3, les moments magnétiques des atomes d'uranium sont orientés le long de l'axe cristallin a, avec une alternance de direction dans les chaînes d'atomes d'uranium alignées le long de l'axe b, tandis que l'amplitude des moments n'est pas fixe mais varie périodiquement en fonction de la position spatiale. Comme cette période magnétique ne coïncide pas avec la période d'arrangement atomique, l'équipe de recherche l'a identifiée comme un « antiferromagnétisme modulé incommensurable ».

Les chercheurs soulignent que ce type d'état avec une variation périodique de l'intensité d'aimantation est généralement plus courant dans les matériaux métalliques, car les électrons dans les métaux peuvent se déplacer à l'intérieur du cristal. En revanche, dans un semi-conducteur comme l'α-UTe3, les électrons porteurs du magnétisme restent principalement à proximité des atomes d'uranium, et il était traditionnellement considéré que l'intensité magnétique de chaque atome était relativement constante. Par conséquent, cette découverte élargit la compréhension des états d'ordre magnétique dans les semi-conducteurs.

L'équipe de recherche estime que le magnétisme des atomes d'uranium dans l'α-UTe3 présente une forte directivité, et que l'arrangement des atomes d'uranium en chaînes et en structures triangulaires isocèles entraîne une compétition entre les interactions magnétiques, ce qui pourrait conjointement favoriser l'apparition des « ondes fortes et faibles » magnétiques.

Ces résultats ont été publiés le 7 août 2026 dans la revue Physical Review B de l'American Physical Society, et ont été sélectionnés comme article recommandé par les éditeurs. L'équipe de recherche indique que les prochaines étapes consisteront à étudier comment la période de ces « ondes fortes et faibles » magnétiques et la température d'apparition de l'antiferromagnétisme évoluent en amincissant les cristaux, en insérant d'autres éléments entre les couches ou en appliquant une pression, afin d'explorer de nouvelles méthodes de contrôle du magnétisme des matériaux magnétiques lamellaires.