Aujourd'hui, presque toutes les informations stockées sur des disques durs ou des serveurs cloud sont enregistrées sur des supports magnétiques, car il est non volatile (c'est-à-dire qu'il conserve les informations lorsque l'alimentation est coupée) et bon marché. Pour les appareils portables tels que les téléphones portables et les tablettes, d'autres formes de mémoire non magnétique sont utilisées car la technologie basée sur le magnétisme est peu pratique et n'est pas économe en énergie. À une époque de stockage de masse de données et d'appareils portables qui collectent et traitent des informations, la recherche est lancée pour trouver plus petit, plus rapide, des moyens moins chers et plus économes en énergie, à la fois de traiter et de stocker des quantités croissantes de données.

Au cours de leurs recherches sur l'utilisation des murs de domaines magnétiques (régions locales de "charge" magnétique généralement entraînées par des champs magnétiques) pour augmenter notre capacité de stockage d'informations et de traitement logique, des physiciens de l'université de Nottingham ont découvert un phénomène qui leur a permis de « manipuler » la structure d'une paroi de domaine magnétique.

Les recherches menées par les chercheurs du Groupe Spintronique de la Faculté de Physique et d'Astronomie, en collaboration avec l'Université York, a été publié dans la revue en libre accès Rapports scientifiques ( Rapports scientifiques 7, Numéro d'article :7613 (2017) DOI :10.1038/s41598-017-07944-9). Cela pourrait ouvrir la voie à la création d'une nouvelle classe de produits hautement efficaces, technologie de traitement et de stockage de l'information non volatile.

Dr Andrew Rushforth, de l'École de physique et d'astronomie, a déclaré :« Dans la dynamique de plus en plus miniaturisée, des appareils portables, le besoin de stocker et de traiter des informations avec une faible consommation d'énergie devient un enjeu critique. Les concepts de stockage d'informations et de traitement logique basés sur des murs de domaines magnétiques ont un grand potentiel pour la mise en œuvre dans les futures technologies de l'information et des communications.

Supports magnétiques

Le principal avantage de l'utilisation du magnétisme est le fait que l'état magnétique reste stable lorsque l'alimentation est coupée de l'appareil, permettant le stockage non volatile des informations. Par contre, la plupart des processeurs et des puces de mémoire vive (RAM) stockent des informations en utilisant une charge électrique rapide, mais se dissipe lorsque l'appareil est éteint.

La mémoire vive magnétique (MRAM) est une forme prometteuse de RAM non volatile basée sur le magnétisme qui a récemment trouvé des applications dans certains marchés de niche. Dans la MRAM, les informations sont écrites à l'aide d'un courant électrique qui génère de la chaleur et des champs magnétiques parasites.

À ce jour, il n'existe aucune technologie utilisant le magnétisme pour traiter l'information.

Exploiter le magnétisme pour traiter et stocker des informations

Une solution à ces problèmes peut résider dans l'utilisation de parois de domaines magnétiques. Une paroi de domaine magnétique se forme dans un fil magnétique et sépare les régions où l'aimantation pointe dans des directions opposées. Dans certaines conditions, il s'agit d'une région dans laquelle l'aimantation tourne autour d'un noyau de vortex central, qui pointe dans ou hors du fil.

Une analogie serait la façon dont l'eau tourne autour d'un noyau de vortex lorsqu'elle s'écoule dans un trou de bouchon. Le sens de rotation de l'aimantation dans la paroi du vortex - sa chiralité - peut être horaire ou antihoraire. Il y a eu des propositions pour utiliser la chiralité à la fois pour stocker et traiter des informations. Le problème est de trouver un moyen de manipuler la paroi du domaine vortex.

Auparavant, il a été démontré que la chiralité peut être manipulée en appliquant des champs magnétiques à des géométries de nanofils complexes, mais l'utilisation de champs magnétiques est un gaspillage d'énergie et limite la capacité d'adresser des murs de domaine individuels de manière sélective.

Une découverte surprenante

Les chercheurs ont découvert un moyen de contrôler la chiralité de la paroi du domaine vortex à l'aide d'un champ électrique.

Le Dr Rushforth a déclaré:"Nous n'avions pas l'intention de changer la chiralité des murs de domaine. Nous essayions en fait de voir si nous pouvions les faire bouger. Lorsque nous avons remarqué que la chiralité changeait, nous avons été plutôt surpris, mais nous avons réalisé qu'il s'agissait d'un effet intéressant et nouveau qui pourrait potentiellement avoir des applications importantes. Nous avons ensuite dû retourner au bureau et effectuer des calculs micromagnétiques pour comprendre pourquoi et comment le phénomène se produit."

L'équipe a utilisé la contrainte induite par un champ électrique appliqué à un matériau piézoélectrique (qui se déforme mécaniquement en réponse à un champ électrique) pour manipuler la chiralité de la paroi du domaine.

La connaissance est à un stade précoce. Jusqu'à présent, il n'était pas évident de savoir comment contrôler les parois des domaines magnétiques de manière réversible et prévisible à l'aide de champs électriques. Cette recherche aide à résoudre ce problème, mais il reste des problèmes pratiques à régler.

La prochaine étape du travail consistera à étudier comment la commutation de chiralité dépend des propriétés du matériau et de la géométrie et des dimensions du fil magnétique.

L'Université de Nottingham a déposé une demande de brevet pour un dispositif de mémoire basé sur l'effet.