Des chercheurs de l'Université de technologie de Delft ont réussi à manipuler indépendamment deux types de magnétisme différents au sein d'un même atome. Les résultats sont pertinents pour le développement de formes extrêmement petites de stockage de données. À l'heure, cette nouvelle découverte pourrait permettre de stocker deux bits d'information dans un atome.

Le magnétisme d'un atome est le résultat d'électrons en orbite autour du noyau de l'atome. Ces rotations peuvent être divisées en deux catégories. "Comparez-le avec la Terre en orbite autour du soleil, " explique le responsable de la recherche Sander Otte. " D'une part, la Terre tourne autour du soleil, ce qui prend un an. D'autre part, la Terre tourne aussi autour de son propre axe, ce qui conduit au cycle jour/nuit." Il en est de même avec un électron tournant autour d'un atome :la rotation autour du noyau de l'atome est appelée moment angulaire orbital et la rotation de l'électron autour de son propre axe est appelée spin angulaire élan ou, en bref, tournoyer.

Direction orbitale

Chacun de ces mouvements pourrait, en principe, être utilisé pour stocker des informations. La rotation orbitale, par exemple, peut être dans le sens horaire ou antihoraire. Ces deux sens de rotation peuvent ainsi représenter le 0 et le 1 d'un bit. La rotation a également deux sens de rotation possibles. Donc, en théorie, vous devriez être capable de stocker deux bits d'information dans un seul atome. "En pratique, cependant, c'est assez difficile, » poursuit Otte. « Si vous inversez la direction orbitale, la direction de rotation change presque toujours avec elle, et vice versa."

L'étude de Delft, réalisé en collaboration avec des chercheurs espagnols et chiliens, permet d'inverser uniquement le sens de la direction orbitale sans affecter le sens du spin. Le fait que cela ait maintenant été réalisé est dû à un phénomène autrefois prédit par Einstein et le physicien néerlandais Wander Johannes de Haas. Selon cet effet Einstein-de Haas, l'inversion de la direction orbitale peut également être compensée par une rotation incommensurable de l'environnement, en l'occurrence le morceau de métal auquel appartient l'atome. Cet effet n'avait pas été observé auparavant à l'échelle d'un seul atome, encore moins qu'il pourrait être appliqué pour manipuler le magnétisme atomique.

Séparation parfaite

Les chercheurs ont utilisé une microscopie à effet tunnel, dans lequel une aiguille très pointue balaie les atomes et peut même les déplacer à volonté. D'habitude, un atome magnétique entre en contact avec plusieurs atomes voisins, qui perturbent le magnétisme. Otte et son équipe ont obtenu la séparation parfaite entre le spin et la rotation orbitale dont ils avaient besoin en positionnant un atome de fer magnétique précisément au-dessus d'un seul, atome d'azote non magnétique. Ce faisant, ils ont créé une géométrie idéale qui se produit rarement spontanément dans la nature.

La capacité de stocker des bits dans des atomes individuels augmenterait la capacité de stockage maximale actuelle de plusieurs milliers de fois. Cependant, Otte prévient que le stockage de données atomiques est encore loin. "Le résultat principal est que nous avons fait un autre pas en avant dans notre capacité à contrôler les atomes et même les électrons qui orbitent autour d'eux. C'est un objectif merveilleux en soi."