Cette électronique conventionnelle pourrait être remplacée à terme par la spintronique. Crédit :Association Helmholtz des centres de recherche allemands
La technologie de la spintronique est basée sur le spin intrinsèque des électrons. A moyen terme, il est destiné à remplacer l'électronique comme base des dispositifs techniques. Le scientifique de DESY, Lars Bocklage, a découvert une nouvelle façon de produire des courants de spin ultrarapides. Ses calculs, qui ont maintenant été publiés dans le Lettres d'examen physique , suggèrent que le courant de spin peut fonctionner à des fréquences térahertz - mille fois plus rapides que les vitesses atteignables pour le moment.
Le spin est une propriété de mécanique quantique de l'électron et une mesure de son moment cinétique intrinsèque. Comme la charge électrique d'un électron en électronique, sa rotation peut également être utilisée pour traiter ou stocker des informations. Ce domaine de recherche est connu sous le nom de spintronique, par analogie avec l'électronique. Les dispositifs spintroniques sont déjà utilisés aujourd'hui pour les têtes de lecture des disques durs et pour les capteurs magnétorésistifs. Cependant, l'électronique de spin est une pure nanotechnologie, car les courants de spin ne parcourent que des distances extrêmement courtes avant de perdre les informations qu'ils transportent. Néanmoins, la spintronique pourrait un jour remplacer complètement l'électronique et traiter les signaux non seulement extrêmement rapidement, mais aussi de manière très économe en énergie. Ceci est dû au fait, contrairement à l'électronique, aucun électron ne doit circuler comme un courant en spintronique, produire de la chaleur résiduelle et donc consommer de l'énergie.
Comme les courants électriques, les courants de spin peuvent être créés par des champs magnétiques fluctuants. Un courant de spin peut également être "pompé" d'un matériau magnétique dans un matériau non magnétique voisin ; le courant de spin existe alors également à l'intérieur de l'autre matériau sur une certaine distance. L'effet est particulièrement prononcé lorsque le matériau magnétique est excité par un champ magnétique externe à sa fréquence de résonance. Cela se situe généralement autour de quelques gigahertz, la fréquence à laquelle les appareils de communication mobiles ou les processeurs informatiques modernes sont utilisés. Un gigahertz (GHz) correspond à un milliard d'oscillations par seconde, un térahertz (THz) est mille fois plus rapide, c'est-à-dire mille milliards d'oscillations par seconde.
Un électron porte une charge négative et un spin (image du haut). La rotation peut pointer dans deux directions différentes, soit vers le haut (rouge) ou vers le bas (bleu). Frais de transport des courants électriques (en bas à gauche). Les directions de spin s'annulent et seules les charges sont transportées par le courant électrique. Les courants de spin transportent des spins. Pour un courant de spin (en bas à droite), les électrons avec des directions de spin différentes se déplacent dans des directions différentes. Les frais s'annulent et seuls les tours sont transportés. Crédit :L. Bocklage
Les calculs de Bocklage montrent que des courants de spin ultrarapides peuvent être produits à des fréquences mille fois plus élevées que ce qui était possible jusqu'à présent. Étonnamment, le courant de spin ne tombe pas à zéro, même lorsque l'excitation n'est pas entraînée à la fréquence de résonance. « La fluctuation temporelle rapide de l'aimantation compense la diminution de l'amplitude de l'aimantation, " explique Bocklage. " Cela conduit à un courant de spin soutenu à très hautes fréquences, qui se stabilise à environ dix pour cent du courant de fréquence de résonance. En l'excitant à l'aide d'un rayonnement térahertz, tel qu'il est maintenant utilisé par les scanners corporels dans les aéroports et pour lesquels des sources intenses sont actuellement en cours de développement dans la recherche laser moderne, le courant de spin THz peut être encore plus important. » Un autre avantage est que le courant de spin térahertz oscille à l'unisson avec le champ magnétique qui stimule l'aimantation. Cela signifie que le courant de spin peut être entièrement contrôlé de l'extérieur via le champ magnétique THz.