La mémoire informatique moderne code les informations en commutant les bits magnétiques dans les appareils. Maintenant, une étude révolutionnaire menée par des chercheurs de NUS Electrical and Computer Engineering a trouvé un nouveau moyen efficace d'utiliser des « ondes de spin » pour commuter la magnétisation à température ambiante pour une mémoire de spin et des dispositifs logiques plus économes en énergie.

Les puces électroniques traditionnelles souffrent d'une importante "chaleur Joule, " qui se produit en raison du flux d'un courant électrique produisant des températures élevées. Il est causé par un mouvement rapide et une collision fréquente entre les charges en mouvement à l'intérieur des appareils. Ce problème grave provoque non seulement une grande quantité de dissipation de puissance, mais entrave également la vitesse de traitement de la puce et limite le nombre de puces pouvant être incorporées dans les appareils.

"Nous rencontrons toujours de tels problèmes et inconvénients lors de l'utilisation de nos téléphones, ordinateurs et autres appareils électroniques. Nous constatons souvent que ces appareils deviennent « chauds » et « lents, ' de plus, nous devons les charger fréquemment et devons parfois apporter un autre chargeur portable, " a expliqué le professeur Yang Hyunsoo, le chef d'équipe de cette recherche.

Donc, plutôt que d'adopter les méthodes standard d'injection d'électrons utilisées dans l'électronique traditionnelle, L'équipe du professeur Yang a utilisé de manière créative des "ondes de spin" pour changer la magnétisation. Les ondes de spin propagent des perturbations dans l'ordre des matériaux magnétiques, et du point de vue des quasi-particules, les ondes de spin sont appelées "magnons".

L'équipe a construit un système bicouche composé d'un canal de transport de magnon antiferromagnétique et d'une source de spin d'isolant topologique. Dans une première mondiale, ils ont ensuite démontré avec succès une commutation de magnétisation entraînée par ondes de spin dans la couche ferromagnétique adjacente avec un rendement élevé à température ambiante.

Le nouveau schéma de commutation basé sur les ondes de spin permet d'éviter le déplacement des charges. Par conséquent, beaucoup moins de dissipation de chaleur et de puissance Joule serait attendue pour les appareils. L'avancée de la commutation basée sur les ondes de spin pourrait ouvrir une nouvelle voie pour les puces économes en énergie.

Les résultats de l'étude ont été publiés le 29 novembre 2019 dans Science .

Ondes de spin et couple magnon

"Les ondes de spin (magnons) peuvent fournir des informations de spin même dans des isolants sans impliquer de charges mobiles. Cette propriété unique permet potentiellement une propagation de spin plus longue mais avec une dissipation plus faible par rapport aux spins électroniques, " a expliqué le Dr Wang Yi, le premier auteur de cet ouvrage.

"Ensuite, nous pouvons contrôler l'aimantation si nous transférons l'information de spin des magnons à l'aimantation locale, ce qui peut être compris comme "couples de magnon, '", a déclaré le Dr Wang. Tout comme une force linéaire est une poussée ou une traction, un couple peut être considéré comme une torsion d'un objet. "D'où, cette nouvelle façon de manipuler l'aimantation peut être utilisée pour les futurs dispositifs de mémoire de données et de logique, " il ajouta.

Applications potentielles et prochaines étapes

"Notre travail montre d'abord que le couple magnon est suffisant pour commuter l'aimantation à température ambiante. Même l'efficacité du couple magnon est comparable à l'efficacité du couple de spin électrique précédemment recherchée. Nous pensons qu'il peut être considérablement amélioré par des dispositifs d'ingénierie plus loin, pour que le couple magnon devienne plus économe en énergie, ", a déclaré le professeur Yang.

"Nous savons que le couple de spin électrique a ouvert l'ère des applications de dispositifs spintroniques telles que les mémoires magnétiques à accès aléatoire (MRAM). Nous pensons que notre rapport sur le nouveau schéma de couple magnon pour la commutation de magnétisation est une idée qui change la donne en spintronique. dynamiser non seulement un nouveau domaine de recherche en magnétisme, mais aussi des dispositifs pratiques actionnés par des magnons, " a déclaré le Dr Wang.

Prochain, l'équipe de recherche développera davantage l'efficacité des couples magnon et explorera tous les dispositifs magnon sans impliquer de pièces électriques. En outre, la fréquence de fonctionnement des ondes de spin est de l'ordre du térahertz. Les appareils térahertz peuvent transmettre des données à des vitesses nettement plus élevées que celles actuellement possibles. "Par conséquent, Les dispositifs basés sur le couple magnon permettront la mise en œuvre d'applications à très haute vitesse à l'avenir, ", a déclaré le professeur Yang.