Nous avons étudié la formation de moments magnétiques dans des systèmes à faible densité de porteurs au sein d’un composé modèle propre, le EuB6 (hexaborure d’europium). Il s’agit d’une question de longue date, qui présente un large éventail d’applications, allant de la capacité à développer de nouveaux matériaux pour la spintronique — révolutionnant ainsi l’électronique — 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 l’impureté mobile et interagissant avec elle, appelé « polaron magnétique ». Contrairement à l’intuition, le couplage qui en résulte est fort et la taille de ces objets magnétiques est énorme.

Dans le $\text{EuB}_6$, lors du refroidissement, des interactions fortes entraînent la formation de bulles magnétiques ferromagnétiques — les polarons magnétiques — à partir du spin des ions EuB6. Les électrons de conduction se retrouvent piégés par ces polarons, ce qui entraîne une baisse de la conductivité. En refroidissant davantage, les polarons croissent et finissent par se chevaucher, libérant ainsi les porteurs de charge piégés, ce qui conduit à une transition isolant-métal.

Les bulles magnétiques peuvent être observées sous la forme d’un signal diffus lors d’une expérience de diffusion de neutrons. Comme il s’agit de grands objets, ils diffusent à de petits angles ; la technique SANS (diffusion de neutrons aux petits angles) est donc nécessaire. Nous avons pu démontrer qu’ils sont dynamiques et que leur taille (points rouges) ne suit pas la dépendance en température attendue pour les fluctuations ferromagnétiques (courbe bleue) à l’approche de la température de transition ferromagnétique Tc.