Les appareils électroniques tels que les transistors sont de plus en plus petits et atteindront bientôt les limites des performances conventionnelles basées sur les courants électriques.

Dispositifs basés sur les courants magnéniques - quasi-particules associées à des ondes d'aimantation, ou faire tourner des vagues, dans certains matériaux magnétiques, transformerait l'industrie, bien que les scientifiques doivent mieux comprendre comment les contrôler.

Ingénieurs de l'Université de Californie, Bord de rivière, ont fait un pas important vers le développement de dispositifs magnéniques pratiques en étudiant, pour la première fois, le niveau de bruit associé à la propagation du courant de magnon.

Bruit, ou des fluctuations dans le flux d'un courant, est une mesure importante pour évaluer si un appareil électronique est adapté à des applications pratiques. Étant donné que le bruit interfère avec les performances d'un appareil, une meilleure compréhension du bruit des magnons aidera les ingénieurs à développer de meilleurs appareils.

Toute l'électronique existante est basée sur des conducteurs d'électricité tels que des métaux ou des semi-conducteurs. Lorsque les électrons se déplacent à travers ces matériaux, ils subissent la dispersion, ce qui entraîne une résistance électrique, chauffage, et la dissipation d'énergie. Lorsque le courant traverse un fil ou un semi-conducteur, l'échauffement inévitable entraîne des pertes d'énergie. Les appareils plus petits et les puces avec une densité de transistors plus élevée accélèrent la perte d'énergie due au chauffage. Les appareils utilisant des courants électroniques conventionnels sont presque au point où ils ne peuvent pas être plus petits.

Une nouvelle classe de matériaux possède des propriétés magnétiques qui proviennent du spin, une sorte d'élan inné. Des "morceaux" individuels, " ou des unités d'ondes de spin, sont appelés magnons. Les magnons ne sont pas de vraies particules comme les électrons, mais ils se comportent comme des particules et peuvent être traités comme tels.

Une ondulation d'énergie appelée onde de spin peut se déplacer à travers un matériau électriquement isolant pour transmettre de l'énergie sans déplacer d'électrons, comme les gens qui font l'onde dans un stade. Cela signifie que les magnons peuvent se propager sans générer beaucoup de chaleur et sans perdre beaucoup d'énergie.

Un nouveau domaine de l'électronique appelé magnonique tente de créer des dispositifs de traitement et de stockage de l'information, ainsi que des applications sensorielles, en utilisant des courants de magnons au lieu d'électrons. Alors que le bruit électronique est connu depuis longtemps, personne n'a enquêté sur le bruit de magnon jusqu'à présent.

Une équipe dirigée par Alexander Balandin, un éminent professeur de génie électrique et informatique au Marlan et Rosemary Bourns College of Engineering de l'UC Riverside, créé une puce qui a généré un courant magnénique, ou onde de spin, entre les antennes émettrices et réceptrices.

Les expériences ont révélé que les magnons ne sont pas si bruyants à des niveaux de faible puissance. Mais à des niveaux de puissance élevés, le bruit est devenu inhabituel, dominé par de larges fluctuations, les chercheurs ont appelé bruit de signal télégraphique aléatoire qui interférerait avec les performances d'un appareil. Le bruit était sensiblement différent de celui produit par les électrons et identifie les limitations sur la façon de construire des dispositifs magnéniques.

« Les appareils magnétiques doivent fonctionner de préférence avec des niveaux de faible puissance, " dit Balandin. " On peut dire que le bruit des magnons est discret à faible puissance mais devient élevé et discret à un certain seuil de puissance. C'est ce qui fait le charme discret des appareils magnéniques. Nos résultats nous indiquent également des stratégies possibles pour maintenir le niveau de bruit bas."

La découverte de caractéristiques de bruit inhabituelles inhiberait-elle le développement de dispositifs magnéniques ?

"Non, le but pour le traitement de l'information est de passer à faible puissance, ", a déclaré Balandin.

Pour l'instant, Le groupe de recherche de Balandin mène des expérimentations avec des composants génériques afin d'en comprendre les fondamentaux. Leurs premiers dispositifs expérimentaux sont relativement volumineux. Ils prévoient d'étudier les mécanismes physiques du bruit magnon et de tester une version sensiblement réduite de tels dispositifs.

Le papier, "Le bruit discret des magnons, " est un reportage dans Lettres de physique appliquée , et apparaîtra également sur la couverture d'un prochain numéro. En plus de Balandin, les auteurs sont Sergey Rumyantsev, Mykhaylo Balinskyy, Fariborz Kargar, et Alexandre Khitun.