La propriété qui fait vibrer les lampes fluorescentes pourrait alimenter une nouvelle génération d'appareils informatiques plus efficaces qui stockent des données avec des champs magnétiques, plutôt que l'électricité.

Une équipe dirigée par des chercheurs de l'Université du Michigan a développé un matériau au moins deux fois plus « magnétostrictif » et bien moins coûteux que les autres matériaux de sa catégorie. En plus de l'informatique, cela pourrait également conduire à de meilleurs capteurs magnétiques pour les appareils médicaux et de sécurité.

Magnétostriction, qui provoque le bourdonnement des lampes fluorescentes et des transformateurs électriques, se produit lorsque la forme d'un matériau et le champ magnétique sont liés, c'est-à-dire un changement de forme provoque un changement de champ magnétique. Cette propriété pourrait être la clé d'une nouvelle génération de dispositifs informatiques appelés magnétoélectriques.

Les puces magnétoélectriques pourraient rendre tout, des centres de données massifs aux téléphones portables, beaucoup plus écoénergétiques, réduire les besoins en électricité de l'infrastructure informatique mondiale.

Fait d'une combinaison de fer et de gallium, le matériel est détaillé dans un article publié le 12 mai dans Communication Nature . L'équipe est dirigée par le professeur de science des matériaux et d'ingénierie de l'UM John Heron et comprend des chercheurs d'Intel; L'Université de Cornell; Université de Californie, Berkeley; Université du Wisconsin; Université Purdue et ailleurs.

Les appareils magnétoélectriques utilisent des champs magnétiques au lieu de l'électricité pour stocker les uns et les zéros numériques des données binaires. De minuscules impulsions électriques les font se dilater ou se contracter légèrement, faire basculer leur champ magnétique de positif à négatif ou vice versa. Parce qu'ils ne nécessitent pas un flux constant d'électricité, comme les chips d'aujourd'hui, ils utilisent une fraction de l'énergie.

"Une clé pour faire fonctionner les dispositifs magnétoélectriques est de trouver des matériaux dont les propriétés électriques et magnétiques sont liées." dit Héron. "Et plus de magnétostriction signifie qu'une puce peut faire le même travail avec moins d'énergie."

Dispositifs magnétoélectriques moins chers avec une amélioration décuplée

La plupart des matériaux magnétostrictifs actuels utilisent des éléments de terres rares, qui sont trop rares et coûteux pour être utilisés dans les quantités nécessaires aux dispositifs informatiques. Mais l'équipe de Heron a trouvé un moyen d'amadouer des niveaux élevés de magnétostriction à partir de fer et de gallium bon marché.

Ordinairement, explique Héron, la magnétostriction de l'alliage fer-gallium augmente à mesure que plus de gallium est ajouté. Mais ces augmentations se stabilisent et commencent finalement à diminuer à mesure que les quantités plus élevées de gallium commencent à former une structure atomique ordonnée.

L'équipe de recherche a donc utilisé un processus appelé épitaxie par faisceau moléculaire à basse température pour essentiellement geler les atomes en place, les empêchant de former une structure ordonnée à mesure que plus de gallium était ajouté. Par ici, Heron et son équipe ont pu doubler la quantité de gallium dans le matériau, ce qui permet de décupler la magnétostriction par rapport aux alliages fer-gallium non modifiés.

"L'épitaxie par faisceau moléculaire à basse température est une technique extrêmement utile - c'est un peu comme la peinture au pistolet avec des atomes individuels, " a déclaré Heron. " Et la " peinture par pulvérisation " du matériau sur une surface qui se déforme légèrement lorsqu'une tension est appliquée a également facilité le test de ses propriétés magnétostrictives. "

Des chercheurs travaillent avec le programme MESO d'Intel

Les dispositifs magnétoélectriques fabriqués dans l'étude ont une taille de plusieurs microns, grande selon les normes informatiques. Mais les chercheurs travaillent avec Intel pour trouver des moyens de les réduire à une taille plus utile qui sera compatible avec le programme de dispositif magnétoélectrique de spin-orbite (ou MESO) de l'entreprise, dont l'un des objectifs est de pousser les dispositifs magnétoélectriques dans le courant dominant.

"Intel est excellent pour faire évoluer les choses et pour faire fonctionner une technologie à la très petite échelle d'une puce informatique, " a déclaré Heron. " Ils sont très investis dans ce projet et nous les rencontrons régulièrement pour obtenir des commentaires et des idées sur la façon de développer cette technologie pour la rendre utile dans les puces informatiques qu'ils appellent MESO. "

Bien qu'un appareil qui utilise le matériau soit probablement dans des décennies, Le laboratoire de Heron a déposé une demande de protection par brevet auprès de l'U-M Office of Technology Transfer.

L'article s'intitule « Ingénierie de nouvelles limites à la magnétostriction par la métastabilité des alliages fer-gallium ».