Grâce à des capteurs quantiques nanométriques, une équipe de recherche internationale a réussi à explorer certaines propriétés physiques jusqu'alors inconnues d'un matériau antiferromagnétique. Sur la base de leurs résultats, les chercheurs ont développé un concept pour un nouveau support de stockage publié dans la revue Physique de la nature . Le projet a été coordonné par des chercheurs du Département de physique et de l'Institut suisse des nanosciences de l'Université de Bâle.

Les antiferroaimants représentent 90 % de tous les matériaux commandés magnétiquement. Contrairement aux ferroaimants tels que le fer, dans laquelle les moments magnétiques des atomes sont orientés parallèlement les uns aux autres, l'orientation des moments magnétiques dans les antiferromagnétiques alterne entre les atomes voisins. En raison de l'annulation des moments magnétiques alternatifs, les matériaux antiferromagnétiques semblent non magnétiques et ne génèrent pas de champ magnétique externe.

Les antiferromagnétiques sont très prometteurs pour des applications passionnantes dans le traitement des données, car l'orientation de leur moment magnétique, contrairement aux ferromagnétiques utilisés dans les supports de stockage conventionnels, ne peut pas être accidentellement écrasée par des champs magnétiques. Dans les années récentes, ce potentiel a donné naissance au domaine de recherche naissant de la spintronique antiferromagnétique, qui fait l'objet de nombreux groupes de recherche à travers le monde.

Les capteurs quantiques offrent de nouvelles perspectives

En collaboration avec les groupes de recherche du Dr Denys Makarov (Helmholtz-Zentrum à Dresde, Allemagne) et le professeur Denis D. Sheka (Université nationale Taras Sevchenko de Kiev, Ukraine), l'équipe dirigée par le professeur Patrick Maletinsky à Bâle a examiné un monocristal d'oxyde de chrome(III) (Cr2O3). Ce monocristal est un système presque parfaitement ordonné, dans lequel les atomes sont disposés dans un réseau cristallin régulier avec très peu de défauts. "On peut altérer le monocristal de manière à créer deux zones (domaines) dans lesquelles l'ordre antiferromagnétique a des orientations différentes, " explique Natascha Hedrich, auteur principal de l'étude.

Ces deux domaines sont séparés par une paroi de domaine. À ce jour, les examens expérimentaux de parois de domaines de ce type dans des antiferromagnétiques n'ont réussi que dans des cas isolés et avec des détails limités. "Grâce à la haute sensibilité et à l'excellente résolution de nos capteurs quantiques, nous avons pu démontrer expérimentalement que la paroi du domaine présente un comportement similaire à celui d'une bulle de savon, " explique Maletinsky. Comme une bulle de savon, la paroi du domaine est élastique et a tendance à minimiser son énergie de surface. Par conséquent, sa trajectoire reflète les propriétés du matériau antiferromagnétique du cristal et peut être prédite avec une grande précision, comme le confirment les simulations réalisées par les chercheurs de Dresde.

L'architecture de surface détermine la trajectoire

Les chercheurs exploitent ce fait pour manipuler la trajectoire de la paroi du domaine dans un processus qui détient la clé du nouveau support de stockage proposé. À cette fin, L'équipe de Maletinsky structure sélectivement la surface du cristal à l'échelle nanométrique, laissant derrière eux de minuscules carrés surélevés. Ces carrés modifient alors la trajectoire de la paroi de domaine dans le cristal de manière contrôlée.

Les chercheurs peuvent utiliser l'orientation des carrés surélevés pour diriger la paroi du domaine d'un côté ou de l'autre du carré. C'est le principe fondamental du nouveau concept de stockage de données :si le mur de domaine passe à « droite » d'un carré surélevé, cela pourrait représenter une valeur de 1, tout en ayant la paroi du domaine à "gauche" pourrait représenter une valeur de 0. Par chauffage localisé avec un laser, la trajectoire de la paroi du domaine peut être modifiée à plusieurs reprises, rendre le support de stockage réutilisable.

"Prochain, nous prévoyons de regarder si les parois du domaine peuvent également être déplacées au moyen de champs électriques, " explique Maletinsky. " Cela rendrait les antiferromagnétiques appropriés comme support de stockage qui est plus rapide que les systèmes ferromagnétiques conventionnels, tout en consommant beaucoup moins d'énergie."