L'histoire à succès du traitement de l'information au moyen d'électrons en mouvement touche lentement à sa fin. La tendance vers des puces de plus en plus compactes constitue un enjeu majeur pour les industriels, car la miniaturisation croissante crée des problèmes physiques en partie insolubles. C'est pourquoi les ondes de spin magnétiques pourraient être l'avenir :elles sont plus rapides que les porteurs de charge électroniques et consomment moins d'énergie. Des chercheurs du Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) et de la TU Dresden ont développé une méthode pour contrôler la propagation de ces supports d'information au niveau nanométrique de manière ciblée et simple; jusque là, cela demandait beaucoup de puissance. Ils ont ainsi créé une base pour des nanocircuits utilisant des ondes de spin.

"Notre traitement de l'information actuel est basé sur les électrons, " explique le Dr Helmut Schultheiß de l'Institut de recherche sur la physique et les matériaux des faisceaux ioniques du HZDR. " Ces particules chargées circulent à travers les fils, créer des courants électriques. Pourtant, dans le processus, ils entrent en collision avec des atomes et perdent de l'énergie, qui s'échappe dans le réseau cristallin sous forme de chaleur. Cela signifie que les chips deviennent d'autant plus chaudes, plus les éléments sur eux sont regroupés. Finalement, ils échouent, car la chaleur ne peut plus être transmise." C'est pourquoi Schultheiß, chef d'un groupe de recherche junior Emmy Noether, poursuit une approche différente :le transport de l'information par ondes de spin, également connu sous le nom de magnons.

Le moment magnétique des électrons

Spin est le terme que les scientifiques utilisent pour décrire le moment angulaire des électrons tournant autour de leur propre axe. Cela fait que les particules électriques se comportent comme des aimants extrêmement petits. C'est pourquoi ils s'alignent de manière parallèle dans les matériaux ferromagnétiques. "Si l'on guide une rotation dans une direction différente, cela aura également un impact sur les spins voisins, " explique Schultheiß. "Cela crée une onde de spin qui traverse le corps solide. Il peut être utilisé pour transporter et traiter des informations tout comme les porteurs de charge fluides." Cependant, les électrons eux-mêmes ne bougent pas dans ce cas. "Ils n'entrent en collision avec rien et génèrent donc très peu de chaleur."

Pourtant, pour s'imposer dans la course aux futurs modes de traitement de l'information, des systèmes permettant de contrôler la propagation des ondes de spin au niveau nanométrique sont nécessaires. "Jusque là, les approches de solution reposaient soit sur des chemins conducteurs géométriquement prédéfinis, soit sur l'utilisation permanente de champs magnétiques externes, " dit Schultheiß, expliquant l'état actuel de la recherche. « Dans le cas de la première solution, le chemin de propagation ne peut pas être modifié ; cependant cela est nécessaire pour le développement de circuits flexibles. La deuxième méthode résout ce problème, au prix d'une énorme augmentation de la consommation d'énergie."

Chemin de propagation contrôlé

Les scientifiques ont développé avec succès une nouvelle procédure pour le pilotage ciblé des ondes de spin en utilisant des caractéristiques magnétiques de base :rémanence, C'est, le magnétisme résiduel qu'un corps solide retient après la suppression d'un champ magnétique, et la formation de ce qu'on appelle des murs de domaine. "Ce terme désigne la zone dans les corps solides où se rencontrent des domaines magnétiques différemment alignés, " explique Schultheiß. Les chercheurs du HZDR ont créé une telle paroi de domaine dans une nanostructure en alliage nickel-fer dans une expérience. Ils ont ensuite déclenché une onde de spin à l'aide de micro-ondes. Comme leurs tests l'ont montré, les ondes de spin d'une certaine fréquence se sont coincées dans la paroi du domaine, car les différents domaines magnétiques agissent comme des barrières. « Dans un sens, on pourrait dire que nous avons créé une route avec une glissière de sécurité le long de laquelle les ondes de rotation se déplacent de manière contrôlée, " Schultheiß décrit gaiement le résultat.

Cependant, les physiciens de Dresde ont pu célébrer un nouveau succès. Ils ont manipulé le parcours de la paroi du domaine au moyen de petits champs magnétiques externes bien inférieurs à une millitesla, environ cent fois plus faible qu'un aimant en fer à cheval commercial. Ce faisant, ils ont également manipulé la propagation des ondes de spin. "Cela pourrait être la base d'une conception de nanocircuits reconfigurables utilisant des magnons, " Schultheiß dit, dimensionner les options. Toutefois, le chercheur pense que plusieurs années sont susceptibles de s'écouler avant l'application. « Nous sommes encore dans la phase de recherche fondamentale. Cependant, nos résultats révèlent que nous sommes sur une bonne chose."