Les spins influencent la structure cristalline de l'oxygène solide sous des champs magnétiques extrêmes, selon une étude.

Le 8 novembre 2025 caractéristique par Ingrid Fadelli, Phys.org écrivain collaborateur édité par Sadie Harley, commenté par Robert Egan éditeur scientifique éditeur associé Cet article a été examiné selon le processus éditorial et les politiques de Science X. Les éditeurs ont mis en évidence les caractéristiques suivantes tout en garantissant la crédibilité du contenu: vérifié par des faits publication à comité de lecture source de confiance corrigé Placer des matériaux sous des champs magnétiques extrêmement puissants peut donner lieu à des phénomènes ou comportements physiques inhabituels et fascinants. Plus précisément, des études montrent que sous des champs magnétiques supérieurs à 100 teslas (T), les spins (c'est-à-dire, les orientations magnétiques intrinsèques des électrons) et les atomes commencent à former de nouveaux agencements, favorisant de nouvelles phases de la matière ou étirant un réseau cristallin. Un effet physique qui peut se produire dans ces conditions extrêmes s'appelle la magnétorésistance. Cet effet incite essentiellement la structure cristalline d'un matériau à s'étirer, à rétrécir ou à se déformer. Lorsque des champs magnétiques supérieurs à 100 T sont produits expérimentalement, ils ne peuvent être maintenus que pendant très peu de temps, généralement seulement quelques microsecondes. Cela est dû au fait que leur génération exerce une forte contrainte sur les fils utilisés pour produire les champs (c'est-à-dire, les bobines), les faisant se rompre presque immédiatement. Des chercheurs de l'Université des communications électroniques de Tokyo, du RIKEN et d'autres instituts au Japon ont récemment développé un nouvel équipement pour produire brièvement des champs magnétiques extrêmement puissants d'environ 110 T, puis capturer les positions des atomes dans les matériaux sous ces champs. Dans un article publié dans Physical Review Letters, ils rapportent de nouvelles perceptions obtenues lors de l'application de ces méthodes à l'étude de l'oxygène solide. "Le principal objectif de l'étude est d'explorer le monde extrême des champs magnétiques ultra-élevés de 100 à 1 000 T", a déclaré Akihiko Ikeda, premier auteur de l'article, à Phys.org. «Dans l'étude, nous avons mené pour la première fois une expérience aux rayons X au-dessus de 100 T, ce qui est significatif en termes d'exploration de la frontière». Pour mener leurs expériences, Ikeda et ses collègues ont utilisé un générateur de champ magnétique portable qu'ils ont développé, appelé PINK-02. Ce générateur leur a permis de produire un champ magnétique extrêmement élevé d'environ 110 T pendant quelques microsecondes. Les chercheurs ont ensuite utilisé la technologie laser pour envoyer des impulsions ultra-rapides de rayons X XFEL sur les cristaux d'oxygène solide exposés à ce champ magnétique extrêmement puissant. Cette approche leur a permis de capturer des instantanés montrant les positions des atomes d'oxygène solide pendant l'impulsion magnétique. "La nouveauté de notre article est le nouveau générateur portable de 100 T appelé PINK-02, qui est essentiel pour l'étude", a expliqué Ikeda. «Ce générateur a été combiné avec le laser à électrons libres aux rayons X, ce qui n'est possible que grâce à la portabilité de PINK-02». En fin de compte, l'équipe a analysé les instantanés et comparé les positions des atomes avant et pendant l'exposition d'oxygène solide au champ magnétique de 110 T. Cela a donné des résultats intéressants, montrant que le cristal a subi une magnétorésistance gigantesque et a été étiré d'environ 1 %. Les chercheurs ont relié la magnétorésistance qu'ils ont observée aux interactions de spins concurrentes et aux forces de réseau sous de forts champs magnétiques. Ainsi, leur travail suggère qu'au-dessus de 100 T, les spins influencent la structure cristalline des matériaux solides, en particulier de l'oxygène solide. À l'avenir, le générateur de champ magnétique qu'ils ont développé et le laser à rayons X qu'ils ont utilisé pourraient être utilisés pour étudier d'autres matériaux dans les mêmes conditions extrêmes. "Nos découvertes montrent que les spins peuvent affecter la stabilité de la structure cristalline d'un matériau, dans le cas de notre étude, celui de l'oxygène solide", a ajouté Ikeda. "Nous allons maintenant essayer de découvrir la structure cristalline de l'oxygène solide appelée phase θ, en augmentant davantage les champs magnétiques disponibles jusqu'à 120 à 130 T et en découvrant le changement de structure cristalline dans divers matériaux au-dessus de 100 T". Écrit pour vous par notre auteure Ingrid Fadelli, édité par Sadie Harley, et vérifié et commenté par Robert Egan - cet article est le résultat d'un travail humain soigneux. Nous comptons sur des lecteurs comme vous pour maintenir le journalisme scientifique indépendant en vie. Si ce reportage est important pour vous, veuillez envisager un don (surtout mensuel). Vous obtiendrez un compte sans publicité en guise de remerciement. Plus d'informations : Akihiko Ikeda et al, X-Ray Free-Electron Laser Observation of Giant and Anisotropic Magnetostriction in β-O2 at 110 Tesla, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/r7br-qnrn. Informations sur la revue : Physical Review Letters © 2025 Science X Network