Des oxydes métalliques spéciaux pourraient un jour remplacer les matériaux semi-conducteurs couramment utilisés aujourd'hui dans les processeurs. Maintenant, pour la première fois, une équipe internationale de chercheurs de l'Université Martin Luther de Halle-Wittenberg (MLU), l'Université de Kaiserslautern et l'Université de Fribourg en Suisse ont pu observer comment l'excitation de charge électronique modifie le spin des électrons dans les oxydes métalliques de manière ultrarapide et en phase. L'étude a été publiée dans la revue Communication Nature .

Dans l'électronique à semi-conducteurs moderne, la première étape clé dans chaque transistor consiste à élever les électrons au-dessus de la bande interdite dans le semi-conducteur. Les électrons doivent se déplacer à travers un matériau qui est, en réalité, non conductrice. "Après qu'ils aient été excités à travers la bande interdite, les charges électriques en mouvement des électrons génèrent les courants qui sont utilisés dans le traitement de l'information. Ces courants peuvent faire chauffer les processeurs, entraînant une perte d'énergie, " explique le professeur Wolf Widdra de l'Institut de physique de MLU.

La spintronique tente de résoudre ce problème à l'aide de ce qu'on appelle le spin. C'est le moment angulaire intrinsèque d'un électron qui produit le moment magnétique, générant ainsi le magnétisme utilisé dans le traitement de l'information. Le couplage des propriétés électroniques et magnétiques détermine la fonctionnalité. "Les oxydes magnétiques sont une classe importante de matériaux pour la spintronique car ils ne transfèrent pas de courant d'électrons, uniquement des informations magnétiques, " dit Widdra, qui a dirigé l'étude dans le cadre du Centre de recherche collaboratif CRC/TRR 227 "Ultrafast Spin Dynamics" de la MLU et de la Freie Universität Berlin. Jusque récemment, cependant, il n'avait pas été clair comment le transfert d'électrons à travers la bande interdite couplé avec le spin de l'oxyde magnétique. L'équipe a maintenant observé avec succès ce processus et a développé une nouvelle théorie pour celui-ci. Des groupes de physiciens théoriciens et expérimentateurs ont uni leurs forces pour s'attaquer à ce problème.

Utilisant un état de l'art, laser à impulsion ultra-courte, les chercheurs ont pu exciter un électron pour le soulever à travers la bande interdite dans l'oxyde de nickel. Ils ont également observé comment les informations étaient ensuite transférées vers le système magnétique. Cela a permis à l'équipe d'identifier un mécanisme de couplage ultrarapide jusqu'alors inconnu qui se produit à l'échelle femtoseconde, c'est-à-dire un quadrillionième de seconde. "Les propriétés complexes à N corps générées par l'excitation de l'électron par le laser ont révélé cette observation surprenante mais nous ont également fait réfléchir longuement et sérieusement sur la façon de l'interpréter correctement, " ajoute Widdra.

Selon le physicien, les résultats ouvrent désormais la voie à la spintronique ultrarapide. Cela devrait faciliter le développement de nouveaux systèmes de stockage ultra-rapides et de technologies de l'information à l'avenir.