(À gauche) Image au microscope électronique à transmission en coupe transversale du matériau de recherche sur une couche de tungstène (W) et d'oxyde de magnésium (MgO). (À droite) Une vue de haut en bas du matériau avec une image en médaillon montrant des atomes de manganèse en rouge et des atomes d'étain en bleu clair. Crédit :Nakatsuji et al.
Les ordinateurs et les smartphones ont différents types de mémoire, dont la vitesse et l'efficacité énergétique varient en fonction de l'endroit où ils sont utilisés dans le système. En règle générale, les ordinateurs plus grands, en particulier ceux des centres de données, utilisent beaucoup de disques durs magnétiques, qui sont moins courants dans les systèmes grand public actuellement. La technologie magnétique sur laquelle ils sont basés offre une capacité très élevée, mais n'a pas la vitesse de la mémoire système à semi-conducteurs. Les appareils basés sur la technologie spintronique à venir pourraient être en mesure de combler cet écart et d'améliorer radicalement même les performances théoriques des appareils électroniques classiques.
Le professeur Satoru Nakatsuji et le professeur associé du projet Tomoya Higo du Département de physique de l'Université de Tokyo, avec leur équipe, explorent le monde de la spintronique et d'autres domaines connexes de la physique du solide - en gros, la physique des choses qui fonctionnent sans bouger . Au fil des ans, ils ont étudié des types particuliers de matériaux magnétiques, dont certains ont des propriétés très inhabituelles. Vous connaissez bien les ferromagnétiques, car ce sont les types qui existent dans de nombreuses applications quotidiennes comme les disques durs d'ordinateur et les moteurs électriques - vous en avez probablement même collés à votre réfrigérateur. Cependant, l'équipe s'intéresse davantage aux matériaux magnétiques plus obscurs appelés antiferromagnétiques.
"Comme les ferromagnétiques, les propriétés magnétiques des antiferromagnétiques découlent du comportement collectif de leurs particules constitutives, en particulier les spins de leurs électrons, quelque chose d'analogue au moment cinétique", a déclaré Nakatsuji. "Les deux matériaux peuvent être utilisés pour coder des informations en modifiant des groupes localisés de particules constitutives. Cependant, les antiferromagnétiques ont un avantage distinct dans la vitesse élevée à laquelle ces modifications des états de spin de stockage d'informations peuvent être effectuées, au prix d'une complexité accrue. "
"Certains dispositifs de mémoire spintronique existent déjà. La MRAM (mémoire vive magnétorésistive) a été commercialisée et peut remplacer la mémoire électronique dans certaines situations, mais elle est basée sur la commutation ferromagnétique", a déclaré Higo. "Après de nombreux essais et erreurs, je pense que nous sommes les premiers à signaler la commutation réussie des états de spin dans le matériau antiferromagnétique Mn3 Sn en utilisant la même méthode que celle utilisée pour les ferromagnétiques dans la MRAM, ce qui signifie que nous avons amené la substance antiferromagnétique à agir comme un simple dispositif de mémoire."
Cette méthode de commutation est appelée commutation de couple spin-orbite (SOT) et suscite l'enthousiasme dans le secteur de la technologie. Il utilise une fraction de la puissance pour changer l'état d'un bit (1 ou 0) en mémoire, et bien que les expériences des chercheurs impliquaient de changer leur Mn3 Sn en aussi peu que quelques millisecondes (millième de seconde), ils sont convaincus que la commutation SOT pourrait se produire à l'échelle de la picoseconde (trillionième de seconde), ce qui serait des ordres de grandeur plus rapides que la vitesse de commutation de l'état actuel. puces informatiques électroniques de pointe.
"Nous y sommes parvenus grâce au matériau unique Mn3 Sn", a déclaré Nakatsuji. "Il s'est avéré beaucoup plus facile de travailler de cette manière que d'autres matériaux antiferromagnétiques auraient pu l'être."
"Il n'y a pas de règle sur la façon de fabriquer ce matériau. Notre objectif est de créer un réseau cristallin pur et plat de Mn3 Sn du manganèse et de l'étain en utilisant un processus appelé épitaxie par faisceau moléculaire ", a déclaré Higo. " Il y a de nombreux paramètres de ce processus qui doivent être affinés, et nous affinons toujours le processus pour voir comment il pourrait être mis à l'échelle s'il est devenir un jour une méthode industrielle."
La recherche a été publiée dans Nature . La manipulation électrique des particules magnétiques permet une grande mémoire à grande vitesse
