Une équipe internationale de chercheurs a décrit un nouvel effet physique qui pourrait être utilisé pour développer des puces magnétiques plus efficaces pour le traitement de l'information. L'effet de la mécanique quantique facilite la production de courants polarisés en spin nécessaires à la commutation des informations stockées magnétiquement. Les résultats de la recherche ont été publiés en ligne le 28 juillet dans la revue à fort impact Nature Nanotechnologie .

La mémoire vive est la mémoire à court terme des ordinateurs. Il met en mémoire tampon les programmes et fichiers en cours d'utilisation sous forme électronique, dans de nombreux petits condensateurs. Comme les condensateurs se déchargent avec le temps, ils doivent être rechargés régulièrement pour s'assurer qu'aucune donnée n'est perdue. Cela coûte du temps et de l'énergie, et une panne de courant imprévue peut entraîner une perte définitive des données.

Mémoires magnétiques à accès aléatoire (MRAM), d'autre part, stocker des informations dans de minuscules zones magnétiques. Il s'agit d'un processus rapide qui fonctionne sans alimentation électrique continue. Malgré cela, Les MRAM doivent encore être implémentées à grande échelle, comme leur densité d'intégration est encore trop faible, et ils consomment trop d'énergie, sont difficiles à produire, et coûte trop cher.

Une des raisons à cela est que les courants polarisés en spin, ou des courants de spin pour faire court, sont nécessaires pour commuter les zones magnétiques des MRAM. Le spin est le moment angulaire intrinsèque des électrons qui confère aux matériaux leurs propriétés magnétiques, et il peut pointer dans deux directions. Les courants de spin sont des courants électriques qui ne possèdent qu'un seul de ces deux types de spin. Semblable à la façon dont le champ magnétique terrestre affecte l'aiguille d'une boussole, un courant de l'un des types de spin influence une couche magnétique et peut la faire basculer.

Pour produire des courants de spin jusqu'à présent, le type de spin souhaité a été filtré du courant électrique normal. Cela nécessitait des structures de filtre spéciales et des densités de courant élevées. Grâce au nouvel effet identifié par des chercheurs de Jülich, Barcelone, Grenoble, et Zürich, les informations magnétiques pouvaient désormais être commutées plus facilement.

"Nous n'avons plus besoin de filtres de spin. Au lieu de cela, nous produisons le courant de spin directement là où il sera utilisé. Il suffit d'un empilement de couches composé de cobalt et de platine, " explique le Dr Frank Freimuth de l'Institut Peter Grünberg et de l'Institut de simulation avancée du Forschungszentrum Jülich. Cela réduit l'espace requis, rend le système plus robuste, et peut simplifier la production de puces magnétiques.

Un courant électrique, conduit à travers la pile à l'interface, sépare les spins dans la couche de platine et transporte un seul type de spin dans la couche de cobalt magnétique. Cela crée un couple dans cette couche qui peut inverser l'aimantation. "Des couples de rotation avaient déjà été observés dans les systèmes à double couche dans le passé, " dit le physicien, qui fait partie du groupe de jeunes chercheurs sur la nanoélectronique topique dirigé par le professeur Yuriy Mokrousov. "Le fait que nous ayons expliqué de manière concluante pour la première fois comment ils sont créés est une percée scientifique, car cela nous permettra de les produire de manière sélective et de les étudier plus en détail."

Les chercheurs ont identifié deux mécanismes qui se combinent pour produire le nouvel effet, qu'ils ont surnommé 'couple spin-orbite' :couplage spin-orbite et interaction d'échange. Le couplage spin-orbite est un phénomène quantique relativiste bien connu et la raison pour laquelle tous les spins électroniques d'un type se déplacent de la couche de platine à la couche de cobalt. Dans la couche de cobalt, l'orientation magnétique de la couche interagit alors avec les spins via l'interaction d'échange.

Les chercheurs ont testé leur théorie avec succès dans des expériences. Leur prochaine étape consiste à calculer l'effet dans d'autres matériaux avec un couplage spin-couple plus fort pour découvrir si l'effet est encore plus apparent dans d'autres combinaisons de matériaux.