Qu'il s'agisse d'envoyer aux grands-parents quelques photos des enfants, diffuser un film ou de la musique, ou surfer sur Internet pendant des heures, le volume de données que notre société génère ne cesse d'augmenter. Mais cela a un prix, car le stockage des données consomme d'énormes quantités d'énergie. En supposant que les volumes de données continuent d'augmenter à l'avenir, la consommation d'énergie associée augmentera également de plusieurs ordres de grandeur. Par exemple, il est prévu que la consommation d'énergie dans le secteur informatique passera à dix pétawattheures, ou dix mille milliards de kilowattheures, d'ici 2030. Cela équivaudrait à environ la moitié de l'électricité produite dans le monde.

Mais que peut-on faire pour réduire la quantité d'énergie nécessaire aux serveurs pour fonctionner ? Les données sont généralement stockées dans une couche de stockage à l'aide de la magnétisation. Pour écrire ou supprimer les données, les courants électriques traversent des structures multicouches ferromagnétiques, où les électrons qui circulent génèrent un champ magnétique efficace. L'aimantation dans la couche de stockage « détecte » ce champ magnétique et change sa direction en conséquence. Cependant, chaque électron ne peut être utilisé qu'une seule fois. Un pas en avant important dans le stockage de données économe en énergie implique la construction d'une couche de stockage ferromagnétique qui comprend un métal lourd tel que le platine. Lorsque le courant traverse le métal lourd, les électrons alternent entre le métal lourd et la couche ferromagnétique. Le grand avantage de cette technique est que les électrons peuvent être réutilisés plusieurs fois, et le courant nécessaire à l'écriture des données diminue jusqu'à un facteur mille.

Doubler l'efficacité du processus de stockage

Une équipe de chercheurs de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) travaillant en collaboration avec des chercheurs du Forschungszentrum Jülich a maintenant trouvé un moyen de doubler à nouveau l'efficacité de ce processus de stockage. "Au lieu d'utiliser du silicium simple comme substrat comme c'est la pratique habituelle, nous employons un cristal piézoélectrique, " a expliqué Mariia Filianina, scientifique du JGU. " Nous y attachons la couche de métal lourd et la couche ferromagnétique. " Si un champ électrique est ensuite appliqué au cristal piézoélectrique, il génère une contrainte mécanique dans le cristal. Cela augmente à son tour l'efficacité de la commutation magnétique de la couche de stockage, qui est l'élément qui permet le stockage des données.

L'étendue de l'amélioration de l'efficacité est déterminée par le système et la force du champ électrique. « Nous pouvons mesurer directement le changement d'efficacité et ajuster par conséquent l'intensité de champ appropriée, en fait à la volée, " dit Filianina. En d'autres termes, il est possible de contrôler directement l'efficacité du processus de commutation magnétique en ajustant l'intensité du champ électrique auquel le cristal piézoélectrique est exposé.

Cela s'accompagne non seulement d'une réduction significative de la consommation d'énergie, mais rend également possible l'utilisation d'architectures complexes pour le stockage de l'information. Les chercheurs proposent que si le champ électrique n'est appliqué qu'à une petite zone du cristal piézoélectrique, l'efficacité de commutation ne sera augmentée qu'à cet endroit. S'ils ajustent maintenant le système de sorte que les couples de spin des électrons ne puissent être commutés que lorsque la contrainte est amplifiée dans le cristal piézoélectrique, ils peuvent changer l'aimantation localement.

« En utilisant cette méthode, nous pouvons facilement réaliser des mémoires multi-niveaux et des architectures de serveurs complexes, " a déclaré Filianina, doctorant à la Materials Science in Mayence Graduate School of Excellence et au Max Planck Graduate Center.

« Je suis heureux que la collaboration avec nos collègues de Jülich fonctionne si bien. Sans l'aide de leur analyse théorique, nous ne serions pas en mesure d'expliquer nos observations. Je suis impatient de continuer à travailler avec eux dans le cadre de la récente collaboration -obtention de l'ERC Synergy Grant, " a souligné le professeur Mathias Kläui, qui a coordonné le travail expérimental.