​Les oxydes de manganèse présentent des propriétés magnétiques et électroniques prometteuses pour la spintronique (électronique exploitant le spin des électrons). Les propriétés magnétiques de ces matériaux en couches minces dépendent des contraintes du substrat sur lequel les couches sont déposées. Il est donc indispensable de caractériser précisément leur ordre magnétique, afin de les exploiter pour des applications (mémoires magnétiques MRAM, capteurs). Or déterminer cette structure à l'échelle nanométrique reste un défi technique majeur.

Pour surmonter ces obstacles, une équipe de chercheur du laboratoire Modélisation et Exploration des Matériaux (CEA-Irig/MEM) a combiné :

· Des mesures macroscopiques, avec le magnétomètre SQUID (qui permet de mesurer avec une grande sensibilité le moment magnétique d'un échantillon en fonction du champ magnétique et de la température).
- La diffraction sur la ligne neutronique D10 (récemment optimisée à l'Institut Laue Langevin)  qui, grâce à sa configuration 4-cercles et son analyseur , permet d'isoler le signal magnétique d'un film mince de LSMO (40,9 nm d'épaisseur, 5x5 mm de côté) déposé sur du silicium avec une couche tampon de SrTiO3 (STO). 

En dessous de 260 K :

-  Le film subit une transition de phase paramagnétique à ferromagnétique.
-  Les moments magnétiques s'alignent majoritairement dans le plan (ab), avec une faible composante hors-plan (voir Figure). La diffraction neutronique a permis de déterminer précisément les valeurs des composantes dans le plan et en dehors du plan : m = (3.5, 0, 0.3) μB. 
- La structure trouvée est distincte du LSMO massif (orientation [111]) et des films très minces (phases mixtes).

Les résultats montrent que l'épaisseur contrôle l'ordre magnétique (du nm jusqu'au matériau massif). Il s'agit d'une donnée cruciale pour l'ingénierie des matériaux et la preuve directe que les contraintes du substrat dictent l'anisotropie magnétique des couches minces. Cela ouvre la voie vers des dispositifs spintroniques optimisés grâce au contrôle précis de l'orientation des moments.

​​Figure : Structure magnétique de LSMO déterminée dans cette étude. Les moments magnétiques sont portés par les manganèses (Mn) et représentés par des flèches bleues

Cette étude démontre avec succès que la diffraction neutronique peut résoudre des structures magnétiques de couches minces. En relevant ce défi technique, elle offre un outil unique pour la spintronique, où la connaissance précise de l'anisotropie magnétique est un verrou industriel. L'optimisation de l'instrument D10 ouvre désormais la voie à l'exploration de nouveaux matériaux quantiques nanostructurés.