Le flux de charge électrique est au cœur des circuits électroniques. Cependant, les électrons ont aussi un spin, et les flux de spin des électrons jouent un rôle vital dans les circuits spintroniques. Ceux-ci pourraient être essentiels pour nos futures technologies informatiques. Un problème actuel avec les matériaux spintroniques traditionnels tels que les matériaux magnétiques est qu'ils sont sensibles aux champs électromagnétiques, ce qui pourrait perturber les flux de spin. Par conséquent, les matériaux non magnétiques résistants à ces champs sont une alternative intéressante. Rembert Duine de l'Université de technologie d'Eindhoven et de l'Université d'Utrecht ainsi qu'Andreas Rückriegel de l'Université d'Utrecht ont développé une nouvelle théorie pour étudier le transport de spin dans les matériaux non magnétiques. Cette théorie peut aider à la conception et au développement de nouveaux matériaux pour de futures applications spintroniques.

Depuis les années 1990, La spintronique a été à l'avant-garde des développements technologiques allant des disques durs aux smartphones. Les circuits électroniques utilisent la charge électronique pour traiter les informations où la charge peut représenter un un et l'absence de charge représente un zéro. Les circuits spintroniques utilisent le spin des électrons pour transporter des informations et le spin peut être soit « vers le haut » soit « vers le bas ». En spintronique, ces deux états de spin représentent des uns et des zéros. Ces spins génèrent de minuscules champs magnétiques et lorsqu'ils sont exposés à un champ magnétique, les rotations peuvent être forcées à s'aligner dans une direction. L'alignement de ces spins dans le matériau est assisté par des ondes de spin, autrement connu sous le nom de magnons.

Typiquement, Les circuits spintroniques sont basés sur des isolants magnétiques qui ne conduisent pas de charge électrique mais peuvent transporter le spin. Cependant, les champs électromagnétiques peuvent perturber l'orientation du spin et conduire à des instabilités. D'autre part, les matériaux non magnétiques ne sont pas affectés par les champs électromagnétiques, ce qui signifie qu'ils peuvent transférer de manière fiable les informations de rotation. Plutôt que des magnons, les informations de spin peuvent être transmises dans des matériaux non magnétiques à l'aide de phonons, qui sont des quasi-particules impliquées dans la transmission des ondes vibratoires à travers les matériaux. Rembert Duine, professeur au Département de physique appliquée (TU/e) et à l'Université d'Utrecht, avec Andreas Rückriegel de l'Université d'Utrecht, ont développé une nouvelle théorie pour étudier la propagation du spin via les phonons à travers des matériaux non magnétiques.

Détails du modèle

Dans leur nouveau modèle, Duine et Rückriegel prennent en sandwich un matériau non magnétique entre deux matériaux magnétiques. Un courant de spin porté par des magnons est généré dans le matériau magnétique à gauche du matériau non magnétique. Lorsque le courant de spin atteint l'interface, il interagit avec les spins dans le matériau non magnétique conduisant à un courant de spin régulé par les phonons à travers le matériau non magnétique. Lorsque le courant de phonon atteint la deuxième interface matériau non magnétique/magnétique, le courant de spin du phonon provoque un courant de magnon dans le matériau magnétique de droite.

"Le modèle montre que les interactions entre les spins dans les isolants magnétiques et les phonons dans le matériau non magnétique facilitent un courant de spin entre les aimants qui se déplace à travers l'isolant non magnétique séparant les aimants", dit Duine. Surtout, le courant de spin de phonons résultant permet le transfert de spin d'un aimant à l'autre sur des distances à l'échelle millimétrique. "Notre modèle n'est que la première étape. Cela doit être vérifié expérimentalement, mais cela pourrait avoir des implications pratiques pour les dispositifs spintroniques à commande électrique à l'avenir", ajoute Duine.

Cet ouvrage est publié dans Lettres d'examen physique ( PRL ) et présenté dans "Physics"—le site en ligne, magazine gratuit de l'American Physical Society.