Nous avons étudié la formation de moments magnétiques dans des systèmes à faible densité de porteurs dans un composé modèle propre, EuB₆. Il s’agit d’une question de longue date, qui a un large éventail d’applications depuis la capacité de développer de nouveaux matériaux pour la spintronique et ainsi de révolutionner l’électronique jusqu’à la compréhension de la supraconductivité dans les supraconducteurs à haute température. Nous abordons le problème de mécanique quantique d’une impureté mobile fortement couplée se déplaçant dans un fond magnétique. Au cœur de la description de ces systèmes se trouve le nuage d’excitations collectives entourant et interagissant avec l’impureté mobile, ce qu’on appelle le « polaron magnétique ». Contrairement à l’intuition, le couplage qui en résulte est fort et la taille des objets magnétiques énorme.

Dans EuB₆, lors du refroidissement, de fortes interactions conduisent à la formation de bulles magnétiques ferromagnétiques, les polarons magnétiques, du spin de Eu²⁺. Les électrons de conduction sont piégés par les polarons, ce qui entraîne une diminution de la conductivité. Avec un refroidissement supplémentaire, les polarons grandissent et finissent par se chevaucher, où ils libèrent les porteurs de charge piégés, conduisant à une transition isolant-métal.

Les bulles magnétiques peuvent être observées comme signal diffusif dans une expérience de diffusion de neutrons. Comme ce sont de gros objets, ils se dispersent selon de petits angles, un SANS est donc requis. Nous avons pu montrer qu’ils sont dynamiques et que leur taille (points rouges) ne suit pas la dépendance en température attendue pour les fluctuations ferromagnétiques (courbe bleue) proches de la température d’ordre ferromagnétique à T_C.