Plus petite, plus rapide, plus écoénergétiques :c'est l'objectif vers lequel les développeurs d'appareils électroniques travaillent depuis des années. Afin de pouvoir miniaturiser des composants individuels de téléphones portables ou d'ordinateurs par exemple, les ondes magnétiques sont actuellement considérées comme des alternatives prometteuses à la transmission de données classique fonctionnant au moyen de courants électriques. La raison :à mesure que les jetons deviennent de plus en plus petits, la transmission de données électriques atteint à un moment donné ses limites, car les électrons très proches les uns des autres dégagent beaucoup de chaleur, ce qui peut entraîner une perturbation des processus physiques.

Ondes magnétiques à haute fréquence, par contre, peuvent se propager dans les plus petites nanostructures et ainsi transmettre et traiter des informations. La base physique de ceci est ce qu'on appelle le spin des électrons dans le matériau magnétique, ce qui peut être simplifié comme une rotation de l'électron autour de son propre axe. Cependant, les ondes de spin en microélectronique n'ont jusqu'à présent été que d'une utilité limitée, en raison de ce qu'on appelle l'amortissement, qui agit sur les ondes de spin et les affaiblit.

Des physiciens de l'Université de Münster (Allemagne) ont maintenant développé une nouvelle approche qui élimine l'amortissement indésirable et facilite l'utilisation des ondes de spin. "Nos résultats montrent une nouvelle voie pour l'application de composants efficaces entraînés par rotation, " dit le Dr Vladislav Demidov, le responsable de l'étude (Institut de physique appliquée, Groupe de recherche Demokritov). La nouvelle approche peut être pertinente pour les développements futurs de la microélectronique, mais aussi pour d'autres recherches sur les technologies quantiques et les nouveaux processus informatiques. L'étude a été publiée dans la revue Communication Nature .

Contexte et méthode :

Magnonics est le nom du domaine de recherche dans lequel les scientifiques étudient les spins des électrons et leurs ondes dans les matériaux magnétiques. Le terme est dérivé des particules de magnétisme, qu'on appelle magnons, correspondant aux ondes de spin.

La meilleure façon de compenser électroniquement l'amortissement perturbateur des ondes de spin est ce qu'on appelle l'effet Hall de spin, qui a été découvert il y a quelques années. Les électrons dans un courant de spin sont déviés latéralement en fonction de l'orientation de leur spin, qui permet de générer et de contrôler efficacement des ondes de spin dans des nano-dispositifs magnétiques. Cependant, les effets dits non linéaires dans les oscillations font que l'effet Hall de spin ne fonctionne pas correctement dans les applications pratiques, une des raisons pour lesquelles les scientifiques n'ont pas encore été en mesure de réaliser des ondes de spin sans amortissement.

Dans leur expérience, les scientifiques ont placé des disques magnétiques en permalloy ou cobalt et nickel, quelques nanomètres d'épaisseur, sur une fine couche de platine. Des anisotropies dites magnétiques ont agi sur les interfaces des différents matériaux, ce qui signifie que l'aimantation a eu lieu dans une direction donnée. En équilibrant les anisotropies des différentes couches, les chercheurs ont pu supprimer efficacement l'amortissement non linéaire défavorable et ainsi obtenir des ondes de spin cohérentes, c'est-à-dire ondes dont la fréquence et la forme d'onde sont les mêmes et qui ont donc une différence de phase fixe. Cela a permis aux scientifiques d'obtenir une compensation complète de l'amortissement dans le système magnétique, permettant aux ondes de se propager dans l'espace.

Les scientifiques s'attendent à ce que leur nouvelle approche ait un impact significatif sur les futurs développements en magnétique et en spintronique. "Nos résultats ouvrent la voie à la mise en œuvre d'oscillateurs à spin Hall capables de générer des signaux micro-ondes avec des niveaux de puissance et une cohérence technologiquement pertinents, " souligne Boris Divinskiy, un doctorat étudiant à l'Institut de dynamique magnétique non linéaire de l'Université de Münster et premier auteur de l'étude.