Une nouvelle forme d'interaction magnétique qui pousse un phénomène autrefois bidimensionnel dans la troisième dimension pourrait ouvrir une foule de nouvelles possibilités passionnantes pour le stockage de données et l'informatique avancée, disent les scientifiques.

Dans un nouvel article publié aujourd'hui dans la revue Matériaux naturels , une équipe dirigée par des physiciens de l'Université de Glasgow décrit comment ils ont trouvé un nouveau moyen de transmettre avec succès des informations à partir d'une série de minuscules aimants disposés sur un film ultrafin aux aimants sur un deuxième film ci-dessous.

Leur percée ajoute une dimension supplémentaire à la fois littérale et métaphorique à la « spintronique », le domaine scientifique dédié au stockage de données, récupération et traitement, qui a déjà eu un impact majeur sur l'industrie technologique.

Quiconque a déjà joué avec une paire d'aimants comprend que les contraires s'attirent :le pôle sud d'un aimant attire le pôle nord de l'autre. Bien que cela soit vrai à l'échelle que la plupart des gens connaissent, la façon dont les aimants interagissent les uns avec les autres subit des changements importants à mesure que les aimants rétrécissent.

À l'échelle nanométrique, où les matériaux magnétiques ne mesurent que quelques milliardièmes de mètre, les aimants interagissent les uns avec les autres de manière étrange et inédite, y compris la possibilité de s'attirer et de se repousser à des angles de 90 degrés au lieu de tout droit.

Les scientifiques ont déjà appris à exploiter ces propriétés inhabituelles pour coder et traiter des informations dans des films minces recouverts d'une seule couche d'aimants nanométriques.

Les avantages de ces systèmes « spintroniques » :faible consommation d'énergie, une capacité de stockage élevée et une plus grande robustesse - ont apporté des ajouts inestimables à des technologies telles que les disques durs magnétiques, et a remporté les découvreurs de la spintronique un prix Nobel en 2007.

Cependant, la fonctionnalité des systèmes magnétiques utilisés aujourd'hui dans les ordinateurs reste confinée à un seul plan, limitant leur capacité. Maintenant, l'équipe dirigée par l'Université de Glasgow, ainsi que des partenaires des universités de Cambridge et de Hambourg, l'Université technique d'Eindhoven et l'École des sciences de l'Université Aalto ont développé une nouvelle façon de communiquer des informations d'une couche à l'autre, ajoutant un nouveau potentiel de stockage et de calcul.

Dr Amalio Fernandez-Pacheco, un EPSRC Early Career Fellow à l'École de physique et d'astronomie de l'Université, est l'auteur principal de l'article. Il a déclaré :« La découverte de ce nouveau type d'interaction entre les couches voisines nous offre un moyen riche et passionnant d'explorer et d'exploiter des états magnétiques 3D sans précédent dans des aimants nanométriques multicouches.

"C'est un peu comme avoir une note supplémentaire dans une gamme musicale avec laquelle jouer - cela ouvre un tout nouveau monde de possibilités, pas seulement pour le traitement et le stockage conventionnels de l'information, mais potentiellement pour de nouvelles formes d'informatique auxquelles nous n'avons même pas encore pensé."

La transmission intercouche d'informations que l'équipe a créée repose sur ce que les physiciens appellent des interactions de spin chirales, un type de force magnétique qui favorise un sens particulier de rotation dans les aimants voisins à l'échelle nanométrique. Grâce aux récents progrès de la spintronique, il est désormais possible de stabiliser ces interactions au sein d'une couche magnétique. Cela a par exemple été exploité pour créer des skyrmions, un type d'objet magnétique à l'échelle nanométrique avec des propriétés supérieures pour les applications informatiques.

Les recherches de l'équipe ont maintenant étendu pour la première fois ces types d'interactions aux couches voisines. Ils ont fabriqué un système multicouche formé de films magnétiques ultra-minces séparés par des entretoises métalliques non magnétiques. La structure du système, et un réglage précis des propriétés de chaque couche et de ses interfaces, crée des configurations magnétiques inclinées inhabituelles, où le champ magnétique des deux couches forme des angles compris entre zéro et 90 degrés.

Contrairement aux aimants multicouches standard, il devient plus facile pour ces champs magnétiques de former des configurations dans le sens des aiguilles d'une montre que dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, une empreinte indiquant qu'une interaction de spin chiral intercouche existe entre les deux couches magnétiques. Cette rupture de symétrie de rotation a été observée à température ambiante et dans des conditions environnementales standard. Par conséquent, ce nouveau type d'interaction magnétique intercouche ouvre des perspectives passionnantes pour réaliser des configurations 3D magnétiques topologiquement complexes dans les technologies spintroniques.

Le papier de l'équipe, intitulé « Interactions de rupture de symétrie Dzyaloshinskii-Moriya dans les antiferromagnétiques synthétiques », est publié dans Matériaux naturels .