Des chercheurs du CRANN et de la Trinity's School of Physics ont découvert qu'un nouveau matériau peut agir comme un interrupteur magnétique ultra-rapide.

Lorsqu'il est frappé par des impulsions laser ultra-courtes successives, il présente une "commutation à bascule" qui pourrait augmenter la capacité du réseau mondial de câbles à fibres optiques d'un ordre de grandeur.

Augmenter la capacité d'Internet

Le basculement entre deux états, 0 et 1, est la base de la technologie numérique et l'épine dorsale d'Internet. La grande majorité de toutes les données que nous téléchargeons sont stockées magnétiquement dans d'énormes centres de données à travers le monde, reliés par un réseau de fibres optiques.

Les obstacles à la poursuite des progrès avec Internet sont de trois ordres, notamment la vitesse et la consommation énergétique des commutateurs semi-conducteurs ou magnétiques qui traitent et stockent nos données et la capacité du réseau de fibre optique à les gérer.

La nouvelle découverte de la commutation à bascule ultra-rapide utilisant la lumière laser sur des films miroir d'un alliage de manganèse, le ruthénium et le gallium connus sous le nom de MRG pourraient aider à résoudre les trois problèmes.

Non seulement la lumière offre un grand avantage en termes de vitesse, mais les commutateurs magnétiques n'ont pas besoin d'alimentation pour maintenir leur état. Plus important, ils offrent désormais la perspective d'un multiplexage temporel rapide du réseau fibre existant, ce qui pourrait lui permettre de traiter dix fois plus de données.

La science derrière la commutation magnétique

Travaillant au laboratoire de photonique du CRANN, Le centre de recherche en nanosciences de Trinity, Le Dr Chandrima Banerjee et le Dr Jean Besbas ont utilisé des impulsions laser ultra-rapides d'une durée d'une centaine de femtosecondes (un dix mille milliardième de seconde) pour faire basculer la magnétisation de couches minces de MRG. La direction de magnétisation peut pointer vers l'intérieur ou l'extérieur du film.

A chaque impulsion laser successive, il change brusquement de direction. On pense que chaque impulsion chauffe momentanément les électrons du MRG d'environ 1, 000 degrés, ce qui conduit à un retournement de son aimantation. La découverte de la commutation à bascule ultra-rapide de MRG vient d'être publiée dans une revue internationale de premier plan, Communication Nature .

Dr Karsten Rode, Senior Research Fellow dans le "Magnetism and Spin Electronics Group" à la Trinity's School of Physics, suggère que la découverte ne fait que marquer le début d'une nouvelle direction de recherche passionnante.

Le Dr Rode a déclaré :« Nous avons beaucoup de travail à faire pour bien comprendre le comportement des atomes et des électrons dans un solide qui est loin de l'équilibre sur une échelle de temps femtoseconde. En particulier, comment le magnétisme peut-il changer si rapidement tout en obéissant à la loi fondamentale de la physique qui dit que le moment angulaire doit être conservé ? Dans l'esprit de notre équipe spintronique, nous allons maintenant rassembler les données de nouvelles expériences de laser pulsé sur MRG, et d'autres matériaux, pour mieux comprendre ces dynamiques et lier la réponse optique ultra-rapide au transport électronique. Nous prévoyons des expériences avec des impulsions électroniques ultra-rapides pour tester l'hypothèse que l'origine de la commutation à bascule est purement thermique."

L'année prochaine, Chandrima poursuivra son travail à l'Université de Haïfa, Israël, avec un groupe qui peut générer des impulsions laser encore plus courtes. Les chercheurs de Trinity, dirigé par Karsten, planifier un nouveau projet commun avec des collaborateurs aux Pays-Bas, La France, Norvège et Suisse, visant à prouver le concept d'ultra-rapide, multiplexage dans le domaine temporel de canaux à fibre optique.