Le mouvement de paroi de domaine est typiquement induit par des champs magnétiques externes ou des courants polarisés en spin. Cependant, des préoccupations concernant la consommation d'énergie de ces systèmes motive la recherche d'alternatives. Il en résulte un intérêt grandissant pour les différents couplages permettant d'utiliser des champs électriques plutôt que des courants pour déclencher le mouvement de paroi de domaine. Parmi les solutions potentielles, les matériaux magnétoélectriques passant par les contraintes mécaniques paraissent très prometteurs. Puisqu'une contrainte uniforme seule ne peut pas induire de mouvement unidirectionnel, des dispositifs et structures relativement complexes ont été proposées, comprenant des contraintes non-uniformes, ou des 'pinnings' sur des parois de domaine ferroelectriques. Dans ce contexte, l'idée de briser la symétrie entre les états stables d'un nanoaimant autorise une implémentation plus simple du couplage mécanique. Ceci peut être obtenu grâce à un faible champ magnétique transverse. Il a été montré expérimentalement que l'application subséquente d'une contrainte mécanique uniforme - par exemple à travers un substrat piézoélectrique - est alors capable de basculer l'aimantation d'une particule ferromagnétique. Dans un système à deux domaines, la contrainte change l'énergie volumique des deux domaines, et ainsi provoque l'agrandissement de l'un par rapport à l'autre, ce qui cause le mouvement de la paroi de domaine dans une direction attendue (1,2).

Ici, nous présentons comment ce phénomène peut être utilisé pour le contrôle de la position ou de la vitesse d'une paroi de domaine en fonction de la géométrie, et nous décrivons les caractéristiques particulières du mouvement de paroi de domaine induit par contrainte mécanique. Dans nos simulations basées sur une procédure numérique ad-hoc, un nanoruban magnétoélastique présentant deux domaines est couplé à un substrat piézoélectrique PMN-PT de coupe . Ce dernier est caractérisé par un tenseur de contraintes avec des 'composantes' compressives et 'tensiles' orthogonales. Le design du profil de section du nanoruban permet de façonner la réponse statique et dynamique dans une certaine mesure. Les configurations avec des minima locaux peuvent favoriser le confinement de la paroi de domaine, et par exemple, une géométrie en forme de sablier fournit une relation directe entre contrainte mécanique et position de paroi de domaine. Dans un nanoruban avec une section constante, un mouvement en régime permanent peut être atteint, avec une vitesse qui dépend également de la contrainte appliquée. Du point de vue de la dynamique, le mouvement induit par les contraintes se distingue des régimes connus de mouvement du fait que la forme de paroi de domaine associée au mouvement présente une excursion notable de l'aimanation hors du plan. Cette excursion s'évanouit au fur et à mesure que la paroi approche de la position d'équilibre dans un nanoruban à section parabolique, ou demeure inchangée durant le régime permanent dans un nanoruban à section constante. L'ampleur de la composante hors plan dépend de la valeur de la contrainte compressive qui crée une anisotropie planaire, alors que la composante 'tensile' est associée à une anisotropie axiale. Du fait des paramètres du substrat piézoélectrique, l'application d'un champ électrique négatif plutôt que positif ne donne pas la même dynamique. En effet, l'équilibre entre les actions compressives et 'tensiles' n'est pas le même, et cela est illustré par le comportement hors plan ainsi que la relation en le champ appliqué et la vitesse de la paroi.

Alors qu'on obtient des vitesses comparables à celles des autres techniques, cette approche est considérablement plus efficace en termes de consommation d'énergie. Typiquement, la dissipation est au moins d'un ou deux ordres de grandeur plus faible.

1) T. Mathurin et al, Appl. Phys. Lett. 108, 082401 (2016).

2) T. Mathurin et al, Eur. Phys. J. B 89, 169 (2016).