Les scientifiques trouvent un moyen surprenant d'affecter les propriétés de stockage d'informations dans un alliage métallique.

Parfois, des découvertes scientifiques peuvent être trouvées le long de chemins bien tracés. Cela s'est avéré le cas pour un matériau en alliage cobalt-fer que l'on trouve couramment dans les disques durs.

Comme indiqué dans un récent numéro de Lettres d'examen physique , chercheurs du Laboratoire national d'Argonne du Département de l'énergie des États-Unis (DOE), avec l'Université d'Oakland au Michigan et l'Université de Fudan en Chine, ont trouvé un effet quantique surprenant dans cet alliage.

L'effet implique la capacité de contrôler la direction du spin des électrons, et cela pourrait permettre aux scientifiques de développer des matériaux plus puissants et économes en énergie pour le stockage de l'information. En changeant la direction du spin des électrons dans un matériau, les chercheurs ont pu modifier son état magnétique. Ce meilleur contrôle de la magnétisation permet de stocker et de récupérer plus d'informations dans un espace plus petit. Un meilleur contrôle pourrait également donner lieu à des applications supplémentaires, tels que des moteurs électriques plus économes en énergie, générateurs et paliers magnétiques.

L'effet découvert par les chercheurs concerne « l'amortissement, " dans lequel la direction de la rotation des électrons contrôle la façon dont le matériau dissipe l'énergie. " Lorsque vous conduisez votre voiture sur une autoroute plate sans vent, l'énergie de dissipation de la traînée est la même quelle que soit la direction dans laquelle vous vous déplacez, " a déclaré le scientifique des matériaux d'Argonne, Olle Heinonen, un auteur de l'étude. "Avec l'effet que nous avons découvert, c'est comme si votre voiture subit plus de traînée si vous voyagez du nord au sud que si vous voyagez d'est en ouest.

« En termes techniques, nous avons découvert un effet important de l'amortissement magnétique dans des couches nanométriques d'alliage cobalt-fer revêtues sur une face d'un substrat d'oxyde de magnésium, " a ajouté Axel Hoffmann, scientifique des matériaux d'Argonne, autre auteur de l'étude. "En contrôlant le spin des électrons, l'amortissement magnétique dicte le taux de dissipation d'énergie, contrôler les aspects de la magnétisation."

La découverte de l'équipe s'est avérée particulièrement surprenante car l'alliage cobalt-fer avait été largement utilisé dans des applications telles que les disques durs magnétiques pendant de nombreuses décennies, et ses propriétés ont été minutieusement étudiées. Il était communément admis que ce matériau n'avait pas de direction privilégiée pour le spin des électrons et donc l'aimantation.

Autrefois, cependant, les scientifiques ont préparé l'alliage à utiliser en le "cuisant" à haute température, qui ordonne l'arrangement des atomes de cobalt et de fer dans un réseau régulier, éliminant l'effet directionnel. L'équipe a observé l'effet en examinant des alliages cobalt-fer non cuits, dans lequel les atomes de cobalt et de fer peuvent occuper au hasard les sites de l'autre.

L'équipe a également pu expliquer la physique sous-jacente. Dans une structure cristalline, les atomes se trouvent normalement à des intervalles parfaitement réguliers dans un arrangement symétrique. Dans la structure cristalline de certains alliages, il existe de légères différences dans la séparation entre les atomes qui peuvent être éliminés par le processus de cuisson ; ces différences restent dans un matériau "non cuit".

La compression d'un tel matériau au niveau atomique modifie davantage la séparation des atomes, résultant en différentes interactions entre les spins atomiques dans l'environnement cristallin. Cette différence explique comment l'effet d'amortissement sur l'aimantation est important dans certaines directions, et petit dans d'autres.

Le résultat est que de très petites distorsions dans l'arrangement atomique au sein de la structure cristalline de l'alliage cobalt-fer ont des implications énormes pour l'effet d'amortissement. L'équipe a effectué des calculs à l'Argonne Leadership Computing Facility, une installation utilisateur du DOE Office of Science, qui ont confirmé leurs observations expérimentales.

Les travaux des chercheurs paraissent dans l'édition en ligne du 21 mars de Lettres d'examen physique et a le droit, "Anisotropie géante de l'amortissement de Gilbert dans les films épitaxiaux de CoFe."