Un nouveau type d'aimant a promis une mémoire 1 000 fois plus rapide. Où en est-on ?

Les types de magnétisme

Il existe deux types d'aimants. Du moins, c'est ce que nous pensions. Le premier, vous le connaissez : un aimant de réfrigérateur adhère et l'aiguille d'une boussole pointe au nord. Le second, décrit dans les années 1930, n'adhère à rien.

À l'intérieur, ses atomes sont aimantés, mais vu de l'extérieur il ne ressemble pas du tout à un aimant. En 2024, des expériences ont confirmé que certains de ces matériaux discrets relèvent d'un troisième type. Les physiciens l'appellent altermagnétisme : un motif magnétique caché qui change avec la direction dans le cristal. En juillet 2026, les trois physiciens qui l'ont défini ont remporté le prix Europhysics.

Certaines vidéos promettent déjà une électronique mille fois plus rapide. Le chiffre de mille figure dans un communiqué universitaire, mais c'est une projection, pas une mesure. Alors, qu'est-ce que ce troisième aimant, pourquoi l'a-t-on nommé si tard, et est-il bientôt utile ?

Le magnétisme vient des électrons

Le magnétisme en question vient surtout des électrons. Chaque électron se comporte comme un minuscule aimant, lié à une propriété quantique appelée spin. Dans la plupart des matériaux, ces aimants pointent dans tous les sens et s'annulent. Dans le fer, ils s'alignent dans le même sens sur un très grand nombre d'atomes.

Ces atomes alignés créent un champ perceptible : c'est un ferromagnétique. Les physiciens rappellent que les ferromagnétiques sont connus depuis plusieurs milliers d'années. Imaginez un terrain de sport rempli de gens, tous tournés vers le nord. Des gradins, vous verriez une foule tournée dans une seule direction.

Dans un ferromagnétique, autre chose se passe : les électrons de spin haut et bas ont des énergies différentes. Les physiciens appellent cela séparation des spins. C'est aussi pourquoi on lit les aimants avec l'électricité : dans un dispositif en couches, l'alignement de deux couches magnétiques modifie la résistance électrique. Retenez deux propriétés : un champ qui s'étend à l'extérieur et des énergies électroniques séparées par le spin.

Le troisième aimant en garde une, mais abandonne l'autre.

L'ordre caché de Néel

Dans sa thèse de 1932, le physicien français Louis Néel a proposé une autre idée. Les aimants atomiques voisins pouvaient tendre à pointer en sens opposés. En 1936, il a décrit un cristal de deux groupes d'atomes imbriqués : l'un pointe vers le haut, l'autre vers le bas. Les deux groupes s'annulent, donc l'aimantation totale est nulle.

C'est l'antiferromagnétisme. Imaginez un damier : les cases noires et blanches alternent et, de loin, il paraît gris. Les neutrons, eux-mêmes porteurs de minuscules aimants, ont donné aux physiciens un moyen direct de voir cet ordre caché. Ernest Wollan a commencé les expériences sur les neutrons au réacteur au graphite d'Oak Ridge en 1944, puis Clifford Shull l'a rejoint en 1946.

En 1949, Shull et son collègue Smart ont envoyé des neutrons sur de l'oxyde de manganèse. Ils ont trouvé de nouveaux pics de diffraction, dus à un motif magnétique qui se répète tous les deux intervalles sur chaque axe du cristal. Le damier caché était réel. Louis Néel a partagé le prix Nobel de physique de 1970 pour ses travaux sur l'antiferromagnétisme et le ferrimagnétisme.

Le ferrimagnétisme est un cas voisin : les aimants atomiques opposés sont de tailles différentes, donc une aimantation subsiste. À proprement parler, il n'y a donc jamais eu seulement deux types d'aimants. Il existe aussi des spirales, des états vitreux figés où les aimants atomiques restent coincés dans le désordre, et d'autres orientations. Mais pour les aimants dont les atomes pointent droit vers le haut ou le bas, les manuels ont gardé une distinction simple.

Alignés : c'est un ferromagnétique. Alternés et compensés : c'est un antiferromagnétique. Dans sa conférence Nobel, Néel a qualifié les antiferromagnétiques d'extrêmement intéressants en théorie, mais a dit qu'ils ne semblaient avoir aucune application. Pendant des décennies, cela semblait juste.

Discret, mais difficile à lire

Puis, le stockage magnétique a décollé. En 1988, Albert Fert et Peter Grünberg ont découvert indépendamment la magnétorésistance géante. Elle transforme de minuscules variations magnétiques en différences de résistance électrique. Les premières têtes de lecture de disques durs l'utilisant datent de 1997, et la découverte a reçu le Nobel de physique en 2007.

Les puces mémoire magnétiques, dites MRAM, stockent aussi les bits sous forme d'aimants; les données persistent sans alimentation. Mais le bit ferromagnétique a un problème intrinsèque. Son champ s'échappe du matériau en champ parasite, si bien que des bits rapprochés se perturbent. Un antiferromagnétique n'a presque pas de champ parasite, supprimant une façon dont les bits voisins se perturbent.

Lors d'un essai, des champs jusqu'à 12 tesla, unité de l'intensité magnétique, soit plus de mille fois celui d'un aimant de réfrigérateur, n'ont pas perturbé les bits mémoire antiferromagnétiques. Les antiferromagnétiques pourraient aussi aller plus vite. En 2018, une équipe a inscrit des données dans une mémoire de cuivre, manganèse et arsenic avec des impulsions de 250 picosecondes,

chacune longue d'un quart de milliardième de seconde, jusqu'à 4 gigahertz, soit 4 milliards de cycles par seconde. Puis elle a utilisé des impulsions térahertz, des bouffées lumineuses oscillant mille milliards de fois par seconde. Chacune durait environ une picoseconde, un billionième de seconde. Selon l'équipe, une commutation comparable dans les ferromagnétiques dépassait à peine 5 gigahertz. Elle estimait que, face à leur antiferromagnétique, un ferromagnétique à vitesse térahertz devrait

faire passer environ 100 fois plus de courant sur la même surface et consommer environ 1 000 fois plus d'énergie. Les antiferromagnétiques sont donc stables, faciles à densifier et rapides. Mais il est plus difficile d'en extraire un fort signal électrique. Libor Šmejkal a qualifié l'aimantation d'"ennemie", autant que de propriété utile.

On peut lire électriquement les antiferromagnétiques, mais ils n'ont pas la forte séparation des spins dont dépendent les dispositifs ferromagnétiques. Assez discrets pour réduire la diaphonie magnétique, où des bits voisins se perturbent, ils sont pourtant plus difficiles à lire et contrôler. Les ingénieurs voulaient un aimant aussi discret qu'un antiferromagnétique, avec les électrons lisibles d'un ferromagnétique.

La rotation manquante

En janvier 2019, Šmejkal, Jairo Sinova, Tomáš Jungwirth et leur collègue González-Hernández ont publié une prédiction pour certains antiferromagnétiques. Ils avançaient que certains de ces aimants, malgré leurs minuscules aimants atomiques compensés, pouvaient produire un signal Hall : une tension perpendiculaire au courant à travers le matériau, généralement associée aux ferromagnétiques.

En 2022, Šmejkal, Sinova et Jungwirth, à Mayence en Allemagne et Prague en République tchèque, ont publié une classification complète. Ils ont classé les aimants dont les minuscules aimants atomiques se compensent en posant cette question de symétrie : quels mouvements laissent le motif inchangé ? Quel mouvement transforme les atomes orientés vers le haut en atomes orientés vers le bas ? Dans un antiferromagnétique ordinaire, un décalage d'un pas ou un retournement autour d'un point central fait correspondre les atomes haut et bas.

Ce mouvement doit aussi correspondre aux atomes qui les entourent. Dans la nouvelle classe, aucun décalage ni retournement ne suffit seul : faire correspondre les voisins exige une rotation. L'équipe a proposé le nom d'altermagnétisme. Science News a emprunté une image à l'art : si l'antiferromagnétique est un damier, un alteraimant

rappelle un pavage de M. C. Escher, un motif de formes imbriquées sans vide. Les tuiles voisines ne changent pas que de couleur : elles tournent aussi. L'atome magnétique ne tourne pas, mais son entourage, si. Chaque atome magnétique est dans une petite cage d'atomes voisins, comme l'oxygène ou le tellure.

Dans un alteraimant, la cage d'un atome orienté vers le haut pointe d'un côté; celle d'un atome vers le bas est tournée. Selon eux, l'altermagnétisme peut exister dans des cristaux d'éléments légers courants.

Les électrons se séparent selon la direction

Cette cage tournée change la manière dont les électrons se déplacent. Dans un alteraimant, les électrons de spin haut et bas ont des énergies différentes, comme dans un ferromagnétique. Mais l'écart dépend de la direction de l'électron et change de signe quand elle tourne. Pour simplifier, imaginez un carrefour à quatre branches.

Sur l'axe nord-sud, les électrons de spin haut prennent la voie rapide. Sur l'axe est-ouest, ce sont ceux de spin bas. Dans tout le cristal, les moments magnétiques opposés se compensent toujours : il n'y a pas de champ extérieur. Mais ici, un courant le long d'une route peut favoriser un spin.

Cette alternance de signe explique le nom d'alteraimant. Dans les cas les plus simples, le motif ressemble à un trèfle à quatre feuilles, que les auteurs ont comparé aux supraconducteurs d'onde d, où l'appariement des électrons suit un motif similaire à quatre lobes. Cet effet ne nécessite pas le couplage spin-orbite, le lien entre le spin d'un électron et son mouvement, plus fort dans les atomes lourds.

Dans leurs calculs sur le dioxyde de ruthénium, la séparation atteignait environ 1 électron volt pour des électrons se déplaçant dans certaines directions. Dans leur comparaison de 2022, c'était environ dix fois la séparation record causée par la relativité dans des cristaux massifs, des morceaux solides plutôt que des couches minces, faits d'éléments lourds. Un électron volt est une unité d'énergie minuscule, mais pour un électron dans un cristal, 1, c'est beaucoup.

Puis sont venues les expériences. En février 2024, une équipe internationale a rapporté des mesures du tellurure de manganèse, MnTe, réalisées à la Swiss Light Source de l'Institut Paul Scherrer. Le MnTe était depuis longtemps classé comme un antiferromagnétique ordinaire.

Ils ont utilisé la photoémission résolue en spin : la lumière expulse les électrons et mesure leur énergie, leur direction et leur spin. La séparation était là, et le résultat a été publié dans Nature. À l'université de Tohoku, au Japon, une équipe a mesuré dans le MnTe jusqu'à 0.8 électron volt de séparation, dans certaines directions. Le MnTe conserve son ordre magnétique jusqu'à 307 kelvin, environ 34 degrés Celsius.

En mars 2024, une équipe de Mayence a rapporté la séparation dans des films minces, des couches très fines, de l'antimoniure de chrome, un bon conducteur fait de chrome et d'antimoine, ou CrSb. En 2025, une autre équipe a cartographié la séparation dans le CrSb en trois dimensions. Elle a trouvé jusqu'à environ 1.0 électron volt, près de l'énergie des électrons qui transportent le courant.

Le CrSb reste ordonné jusqu'à environ 705 kelvin, soit environ 430 degrés Celsius. Son motif, plus complexe qu'un trèfle, comporte davantage de lobes et s'appelle une onde g. Plus tard en 2024, une équipe dirigée par l'université de Nottingham a imagé le MnTe aux rayons X au laboratoire MAX IV, en Suède. Dans un film de 30 nanomètres d'épaisseur, des milliers de fois plus fin qu'un cheveu, à environ moins 173 degrés Celsius,

elle a vu des tourbillons appelés vortex et antivortex, qui s'enroulent en sens opposés. En structurant le film ou en le refroidissant dans un champ magnétique, elle pouvait préparer les arrangements voulus. Peter Wadley l'a décrit comme un "antiferromagnétisme avec une torsion". Selon l'université de Mayence, la revue Science a classé l'altermagnétisme parmi les percées de 2024.

Une correction à ce récit simple : le MnTe n'est pas parfaitement compensé. Il garde une très faible aimantation résiduelle, environ un millième de la force magnétique d'un électron par atome de manganèse. C'est minuscule, mais les chercheurs peuvent s'en servir pour contrôler l'ordre magnétique.

Caché dans un tiroir

Tomáš Jungwirth a dit que l'altermagnétisme existe "dans de nombreux cristaux que les gens avaient simplement dans leurs tiroirs". Une estimation de base de données, rapportée par Science News, comptait 232 candidats alteraimants. C'est plus que les cent quatre-vingt-treize candidats ferromagnétiques, mais bien moins que les huit cent vingt-sept candidats antiferromagnétiques. Jairo Sinova a parlé d'une phase magnétique, un état magnétique distinct, qui "était restée cachée pendant plus de cent ans".

C'est un bon titre, mais ce n'est pas toute l'histoire. Un article de deux mille vingt de Zunger, Rashba et leurs collègues fait remonter la théorie de la séparation magnétique des spins à Pekar et Rashba en mille neuf cent soixante-quatre. En août 2019, les physiciens japonais Hayami, Yanagi et Kusunose ont montré que certains antiferromagnétiques peuvent séparer les électrons selon leur spin sans couplage spin-orbite.

En décembre 2019, le groupe de Zunger a prédit des séparations jusqu'à environ 300 millielectronvolts, soit environ un tiers d'un électron volt, dans le fluorure de manganèse, composé de manganèse et de fluor, toujours sans couplage spin-orbite. Le fluorure de manganèse ne s'ordonne qu'en dessous de 67 kelvin, environ moins 206 degrés Celsius. À Oxford, Paolo Radaelli a relevé que différents auteurs définissent l'altermagnétisme de façons quelque peu différentes.

Il a aussi rappelé que le piézomagnétisme, où comprimer ou étirer un cristal peut modifier son aimantation, est connu depuis les années 1950. Il attribue à Šmejkal et ses collègues la création du terme. Malgré cela, le théoricien Igor Mazin a dit à Science News que, d'une certaine manière, "personne n'avait pensé à cette possibilité". Les éléments existaient depuis des décennies, dispersés dans les articles.

L'équipe de Mayence et Prague a apporté une classification complète par symétrie, un nom et des prédictions qui ont guidé les expériences. Selon leur institut, la première théorie a été citée plus de 1 000 fois en 2025 à elle seule. En juillet 2026, la Société européenne de physique a remis à Šmejkal, Sinova et Jungwirth son prix Europhysics pour avoir découvert l'altermagnétisme.

Le rêve de la mémoire

Pourquoi cela compterait-il hors du laboratoire ? Parce que beaucoup de mémoires sont déjà magnétiques. En 2019, Samsung a annoncé la production en série de MRAM embarquée dans d'autres puces, avec un procédé de 28 nanomètres. L'écriture était, disait-elle, environ mille fois plus rapide que dans la mémoire flash embarquée, et les données restaient sans alimentation.

En 2021, Everspin a déclaré que sa MRAM de 256 kilobits équipait le système principal de chaîne de traction de la voiture électrique Lucid Air. Le facteur mille de Samsung compare donc deux mémoires déjà existantes. Cela n'a rien à voir avec les alteraimants. Un alteraimant promet les deux moitiés de cette liste idéale.

Ses électrons sont séparés par le spin, comme dans un ferromagnétique, donc on peut en principe le lire électriquement. Son aimantation nette est presque nulle, comme dans un antiferromagnétique, donc les bits pourraient être rapprochés sans fuite de champ. Leur institut affirme qu'une telle phase "peut supprimer les limites d'évolutivité des ferromagnétiques", c'est-à-dire permettre de rapprocher davantage les bits. Le communiqué de Nottingham allait plus loin : remplacer certains composants pourrait offrir "mille fois plus de vitesse".

C'est une projection pour de futurs composants, pas une vitesse mesurée. L'écriture térahertz de 2018 a eu lieu dans un antiferromagnétique ordinaire, pas dans un alteraimant. Comme nous le verrons, les premières commutations d'alteraimants sont très récentes, et une puce mémoire reste lointaine.

Jusqu'où reste-t-il à aller ?

Alors, où en est vraiment la technologie ? L'élément de base d'une cellule MRAM est une jonction tunnel magnétique. Elle contient deux couches magnétiques, séparées par un isolant très fin qui laisse à peine passer le courant. Sa résistance change selon que les couches pointent dans le même sens ou en sens opposés.

C'est la magnétorésistance tunnel, ou TMR. Dans une MRAM ferromagnétique, la TMR peut atteindre plusieurs centaines de pour cent. En juin 2025, une équipe de l'UNIST, en Corée du Sud, a rapporté une jonction tunnel construite sur du dioxyde de ruthénium, RuO2, et a interprété son signal comme de l'altermagnétisme.

Les autres couches étaient du dioxyde de titane et un ferromagnétique ordinaire, du cobalt-fer-bore. La magnétorésistance tunnel atteignait environ 5 pour cent à 10 kelvins, soit moins 263 degrés Celsius. Au-dessus d'environ 50 kelvins, elle disparaissait presque. Une revue de 2025 de Jungwirth et ses collègues indique que les chercheurs prédisent une magnétorésistance tunnel

dans les alteraimants comparable à celle des ferromagnétiques. C'est une prédiction, pas encore une mesure. Le deuxième problème vient du matériau lui-même. Le dioxyde de ruthénium était le matériau vedette des débuts.

Début 2024, une équipe du DESY, en Allemagne, a utilisé un microscope à quantité de mouvement, qui cartographie l'énergie et la direction des électrons. Elle a signalé une rupture révélatrice de la symétrie par renversement du temps : le motif électronique change si le temps s'inverse. Mais cette même année, des expériences avec des muons, particules éphémères servant de sondes magnétiques, et avec des neutrons n'ont trouvé aucun ordre magnétique détectable dans les cristaux et films testés.

En 2026, d'autres mesures n'ont trouvé aucun ordre dans des cristaux massifs, tandis que des films de seulement 2 nanomètres, étirés ou comprimés par leur cristal support, montraient des directions magnétiques structurées. Une revue de 2026 le résume ainsi : l'état magnétique fondamental du dioxyde de ruthénium, son arrangement de plus basse énergie, "reste débattu". Le signal de la jonction est donc réel, mais son lien avec l'altermagnétisme reste contesté.

C'est pourquoi cette vidéo s'appuie sur le MnTe et le CrSb. Le troisième problème, c'est la commutation. Une mémoire doit inverser ses bits sur commande, et ils doivent rester en place. Contrôler les domaines magnétiques, où le motif pointe dans la même direction, est, selon la revue, "un préalable essentiel".

Une expérience antérieure sur l'oxyde de fer et de thulium n'a réorienté l'ordre que temporairement : il ne tenait pas sans alimentation. C'est là que le CrSb commence à produire des résultats. En février 2025, une équipe a rapporté dans Nature que des courants électriques pouvaient commuter l'ordre altermagnétique de films de CrSb, qui donnaient un signal Hall lisible à température ambiante.

En août 2026, une autre équipe a rapporté pouvoir lire l'ordre de l'antimoniure de chrome et le commuter vers un état choisi dans un dispositif en couches contenant aussi du ditellurure de platine, fait de platine et de tellure. Selon elle, cela pourrait "ouvrir la voie à une mémoire altermagnétique évolutive". La température apporte aussi une bonne nouvelle.

Le MnTe, le CrSb et deux nouveaux composés du vanadium restent ordonnés au-dessus de la température ambiante. Le bilan est simple. La physique est confirmée dans plusieurs matériaux. L'ordre existe à température ambiante, et les premières expériences de lecture et de commutation électriques ont été rapportées.

Il manque encore une cellule mémoire à température ambiante, commutable électriquement, avec une lecture aussi forte que celle des MRAM actuelles, sans parler d'une puce compétitive.

Plus de deux

Revenons à l'aimant de réfrigérateur. Celui que tout le monde connaît, le bruyant. Dans cette base, les aimants aux moments compensés sont plus de cinq fois plus nombreux que les ferromagnétiques. Pendant près d'un siècle, nous avons classé la plupart de ces aimants discrets sous une seule rubrique.

Certains triaient leurs électrons en voies depuis toujours. Aucun nouveau matériau n'était nécessaire pour les trouver. Le MnTe était déjà dans le tiroir. La question des physiciens sur la symétrie a changé.

On ignore encore si elle changera la mémoire de vos appareils. D'autres expériences montreront jusqu'où iront ces matériaux. Pour l'instant, la réponse honnête : il existe plus de deux types d'aimants, et nous les classons encore.