Le groupe de recherche Ohya a réussi à affecter le spin de 20 % en moins d'une picoseconde. Il s'agit d'une technique prometteuse pour les dispositifs de mémoire non volatile ultrarapides. Crédit :Laboratoire Ohya.
Pour la première fois, les chercheurs ont démontré une nouvelle façon d'exécuter des fonctions essentielles aux futurs calculs trois ordres de grandeur plus rapidement que les appareils commerciaux actuels. L'équipe dirigée par le professeur agrégé Shinobu Ohya a créé un dispositif semi-conducteur spintronique à l'échelle nanométrique qui peut partiellement basculer entre des états magnétiques spécifiques des milliards de fois par seconde (térahertz—THz), bien au-delà des fréquences des appareils actuellement.
Il y a de fortes chances que vous ayez acheté un ordinateur ou un smartphone au cours de cette décennie. Quand vous avez regardé la description, vous avez peut-être remarqué que la vitesse de ces appareils est souvent mesurée en gigahertz (GHz). Maintenant, la plupart des appareils tournent autour de quelques gigahertz. Mais les progrès s'accélèrent, et les chercheurs cherchent de nouvelles façons d'augmenter la fréquence et les performances des appareils. À cette fin, Les chercheurs d'UTokyo de la Graduate School of Engineering et de la Graduate School of Frontier Sciences explorent le domaine émergent de la spintronique.
"J'espère que nos recherches mèneront à des dispositifs de logique et de mémoire basés sur la spintronique, " dit Ohya. " En quelques décennies, les gens devraient voir les smartphones spintroniques et les centres de données. Nous réaliserions des gains de performances incroyables dans des domaines tels que l'intelligence artificielle et au-delà."
Spintronique, alias "électronique de rotation, " exploite une propriété intrinsèque des électrons appelée spin, responsable du comportement magnétique, pour exercer des fonctions. Par exemple, le calcul repose sur des états commutables d'un matériau physique comme moyen de transférer des informations. Communément, les uns et les zéros comprenant le code binaire sont représentés par des niveaux de tension dans les fils de communication ou les états magnétiques d'un métal magnétique dans un disque dur. Plus le basculement entre les états est rapide, plus les performances de l'appareil sont élevées. Dans les dispositifs spintroniques, les états discrets d'aimantation de spin représentent des chiffres binaires.
Images au microscope électronique à transmission de nanoparticules de MnAs dans GaAs. Crédit :Laboratoire Ohya
Une façon dont les chercheurs créent cette propriété est d'irradier un matériau magnétique spécial avec des impulsions courtes mais à haute fréquence de rayonnement térahertz, similaire à celui des scanners corporels des aéroports. Le rayonnement fait basculer les spins des électrons dans ce matériau - l'arséniure de manganèse ferromagnétique (MnAs) - et donc sa magnétisation, en moins d'une picoseconde, trois ordres de grandeur plus rapide que la commutation des transistors dans les puces électroniques. D'autres chercheurs ont déjà essayé cela, mais le changement magnétique en réponse aux impulsions n'était que de 1%, trop petit pour être d'une utilité pratique.
Maintenant, cependant, Ohya et son équipe ont démontré avec succès un changement de magnitude plus important dans la magnétisation des nanoparticules de MnAs soumises à des impulsions térahertz. Cette réponse plus élevée de 20 pour cent signifie qu'il pourrait être plus utile dans la recherche et fait allusion à d'éventuelles applications futures. Leur astuce consistait à tirer parti de la composante électrique du rayonnement électromagnétique térahertz plutôt que de la composante magnétique.
"Jusqu'à présent, les chercheurs dans ce domaine utilisaient des films métalliques ferromagnétiques pour étudier la modulation térahertz de la magnétisation, mais ceux-ci ont entravé l'énergie du rayonnement, " a déclaré Ohya. " Au lieu de cela, nous avons intégré nos nanoparticules ferromagnétiques dans un film semi-conducteur de 100 nanomètres d'épaisseur. Cela gêne beaucoup moins le rayonnement, de sorte que le champ électrique térahertz atteint et inverse uniformément les spins, et donc l'aimantation, des nanoparticules."
