Des chercheurs du MIT ont développé une nouvelle façon de contrôler le mouvement des domaines magnétiques, la technologie clé dans les systèmes de mémoire magnétique, comme le disque dur d'un ordinateur. La nouvelle approche nécessite peu de puissance pour écrire et aucune puissance pour maintenir les informations stockées, et pourrait conduire à une nouvelle génération de stockage de données à très faible consommation d'énergie.

La nouvelle approche contrôle le magnétisme en appliquant une tension, plutôt qu'un champ magnétique. Cela pourrait conduire à des dispositifs de stockage magnétique dans lesquels les données sont écrites sur des nanofils ou des pistes microscopiques, avec des « bits » magnétiques de données qui les parcourent comme des voitures sur une piste de course.

Les nouvelles découvertes sont décrites dans un article publié cette semaine dans la revue Nature Nanotechnologie , écrit par le professeur adjoint de science et d'ingénierie des matériaux Geoffrey Beach et les étudiants diplômés Uwe Bauer et Satoru Emori.

"Pour des centaines d'années, si vous aviez un matériau magnétique et que vous vouliez changer le sens dans lequel le matériau était magnétisé, vous aviez besoin d'un autre aimant, " Beach explique. Le travail de son équipe représente une toute nouvelle façon de changer d'état magnétique en utilisant simplement un changement de tension, sans champ magnétique - un processus de puissance beaucoup plus faible. Quoi de plus, une fois l'état magnétique basculé, il détient ce changement, fournissant un stockage de données stable qui ne nécessite aucune alimentation, sauf pendant la lecture et l'écriture.

Les chercheurs montrent que cet effet peut être utilisé pour activer de nouveaux concepts tels que "la mémoire de l'hippodrome, " avec des bits magnétiques filant le long d'une piste magnétique. Bien qu'il y ait eu des démonstrations en laboratoire de tels dispositifs, aucun ne s'est approché de la viabilité pour le stockage de données :la pièce manquante a été un moyen de contrôler avec précision la position et de sélectionner électriquement des bits magnétiques individuels courant le long de la piste magnétique.

"Les champs magnétiques sont très difficiles à localiser, " Beach dit :si vous essayez de créer de minuscules bits magnétiques sur un nanofil ou une piste, les champs magnétiques des électro-aimants utilisés pour lire et écrire des données ont tendance à s'étaler, rendant difficile d'empêcher l'interaction avec les bandes adjacentes, d'autant plus que les appareils deviennent de plus en plus petits.

Mais le nouveau système peut sélectionner avec précision des bits magnétiques individuels représentés par de minuscules domaines dans un nanofil. Le dispositif MIT peut arrêter le mouvement des domaines magnétiques dévalant à 20 mètres par seconde, ou environ 45 mph, "à un centime, " dit Beach. Ils peuvent ensuite être libérés à la demande en basculant simplement la tension appliquée.

Pour réussir cet exploit, l'équipe du MIT a construit un nouveau type d'appareil qui contrôle le magnétisme de la même manière qu'un transistor contrôle un flux d'électricité. L'ingrédient clé est une couche de matériau riche en ions dans laquelle les atomes ont été dépouillés d'électrons, les laissant avec une charge électrique. Une tension appliquée à une petite électrode au-dessus de cette couche mince peut attirer ou repousser ces ions; les ions, à son tour, peut modifier les propriétés d'un aimant sous-jacent et arrêter le flux de domaines magnétiques. Cela pourrait conduire à une nouvelle famille d'appareils "magnéto-ioniques", suggèrent les chercheurs.

L'effet dépend des interactions chimiques à la frontière entre les couches minces de métal magnétique et les matériaux électrolytiques à l'état solide qui sont pris en sandwich, dit la plage. "C'est donc vraiment la chimie interfaciale qui détermine les propriétés magnétiques, " il dit.

En pratique, un tel système utiliserait un fil ou une bande de matériau ferromagnétique avec une série de fils régulièrement espacés, de petites électrodes dessus. Les bits magnétiques entre ces électrodes peuvent alors être sélectivement écrits ou lus.

Une fois l'orientation de la mèche magnétique entre deux électrodes fixée par cet appareil, "il conservera intrinsèquement sa direction et sa position même en l'absence de pouvoir, " Beach dit. Alors, en pratique, vous pouvez définir un peu magnétique, "puis coupez l'alimentation jusqu'à ce que vous ayez besoin de le relire, " il dit.

Parce que la commutation magnétique ne nécessite aucun champ magnétique, "il n'y a pratiquement pas de dissipation d'énergie, " Beach dit. Qui plus est, l'épinglage résultant des bits magnétiques est extrêmement fort, résultant en un système de stockage stable.

Les ingrédients clés du système sont « des matériaux d'oxyde très simples, " dit Bauer. En particulier, ces tests ont utilisé de l'oxyde de gadolinium, qui est déjà utilisé dans la fabrication de condensateurs et dans la fabrication de semi-conducteurs.

Dan Allwood, un chercheur en physique des matériaux à l'Université de Sheffield qui n'était pas impliqué dans cette recherche, dit qu'il "offre non seulement une nouvelle voie technique pour contrôler les processus d'aimantation dynamique dans les nanostructures à motifs, mais ce faisant, présente également de nouveaux processus physiques dans la façon dont la tension peut influencer le comportement magnétique de manière plus générale. Comprendre les origines détaillées de ces effets pourrait permettre de créer des dispositifs informatiques de faible puissance."

En plus des systèmes de stockage magnétique, l'équipe du MIT dit, cette technologie pourrait également être utilisée pour créer de nouveaux dispositifs électroniques basés sur la spintronique, dans laquelle l'information est portée par l'orientation de spin des atomes. "Cela ouvre un tout nouveau domaine, " Beach dit. " Vous pouvez faire à la fois le stockage de données et le calcul, potentiellement à une puissance beaucoup plus faible."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.