Chercheurs du CRANN (Centre de Recherche sur les Nanostructures et les Nanodispositifs Adaptatifs), et la School of Physics du Trinity College de Dublin, a annoncé aujourd'hui qu'un matériau magnétique développé au Centre présente la commutation magnétique la plus rapide jamais enregistrée.

L'équipe a utilisé des systèmes laser femtoseconde dans le Laboratoire de recherche en photonique du CRANN pour commuter puis re-commuter l'orientation magnétique de leur matériau en milliers de milliardièmes de seconde, six fois plus vite que le précédent record, et cent fois plus rapide que la vitesse d'horloge d'un ordinateur personnel.

Cette découverte démontre le potentiel du matériau pour une nouvelle génération d'ordinateurs et de systèmes de stockage de données ultra-rapides et écoénergétiques.

Les chercheurs ont atteint leurs vitesses de commutation sans précédent dans un alliage appelé MRG, synthétisé pour la première fois par le groupe en 2014 à partir de manganèse, ruthénium et gallium. Dans l'expérience, l'équipe a frappé des couches minces de MRG avec des rafales de lumière laser rouge, délivrant des mégawatts de puissance en moins d'un milliardième de seconde.

Le transfert de chaleur change l'orientation magnétique de MRG. Il faut un dixième de picoseconde incroyablement rapide pour réaliser ce premier changement (1 ps =un billionième de seconde). Mais, plus important, l'équipe a découvert qu'elle pouvait à nouveau changer l'orientation 10 billions de seconde plus tard. Il s'agit du changement d'orientation d'aimant le plus rapide jamais observé.

Leurs résultats sont publiés cette semaine dans la principale revue de physique, Lettres d'examen physique .

La découverte pourrait ouvrir de nouvelles voies pour l'informatique et les technologies de l'information innovantes, étant donné l'importance des matériaux magnétiques dans cette industrie. Caché dans beaucoup de nos appareils électroniques, ainsi que dans les centres de données à grande échelle au cœur d'internet, les matériaux magnétiques lisent et stockent les données. L'explosion actuelle de l'information génère plus de données et consomme plus d'énergie que jamais. Trouver de nouvelles façons écoénergétiques de manipuler les données, et des matériaux assortis, est une préoccupation de recherche mondiale.

La clé du succès des équipes Trinity était leur capacité à réaliser la commutation ultrarapide sans aucun champ magnétique. La commutation traditionnelle d'un aimant utilise un autre aimant, ce qui a un coût en termes d'énergie et de temps. Avec MRG, la commutation a été réalisée avec une impulsion de chaleur, en utilisant l'interaction unique du matériau avec la lumière.

Les chercheurs de Trinity, Jean Besbas et Karsten Rode, discutent d'une piste de recherche :

"Les matériaux magnétiques ont intrinsèquement une mémoire qui peut être utilisée pour la logique. Jusqu'à présent, passer d'un état magnétique '0 logique, ' à un autre 'logique 1, ' a été trop gourmand en énergie et trop lent. Notre recherche porte sur la vitesse en montrant que nous pouvons passer MRG d'un état à un autre en 0,1 picoseconde et surtout qu'un deuxième changement ne peut suivre que 10 picosecondes plus tard, correspondant à une fréquence opérationnelle de ~ 100 gigahertz, soit plus rapide que tout ce qui a été observé auparavant.

"La découverte met en évidence la capacité spéciale de notre MRG à coupler efficacement la lumière et la rotation afin que nous puissions contrôler le magnétisme avec la lumière et la lumière avec le magnétisme sur des échelles de temps jusqu'ici irréalisables."

Commentant le travail de son équipe, Professeur Michael Coey, École de physique de la Trinité et CRANN, mentionné, "En 2014, lorsque mon équipe et moi avons annoncé pour la première fois que nous avions créé un tout nouvel alliage de manganèse, ruthénium et gallium, connu sous le nom de MRG, nous n'avons jamais soupçonné que le matériau avait ce potentiel magnéto-optique remarquable.

"Cette démonstration conduira à de nouveaux concepts d'appareils basés sur la lumière et le magnétisme qui pourraient bénéficier d'une vitesse et d'une efficacité énergétique considérablement accrues, peut-être en fin de compte en réalisant un seul appareil universel avec une mémoire combinée et des fonctionnalités logiques. C'est un énorme défi, mais nous avons montré un matériau qui peut le rendre possible. Nous espérons obtenir un financement et une collaboration de l'industrie pour poursuivre notre travail. »