(Phys.org) — Des chercheurs de l'UCLA ont créé un composant magnétique à l'échelle nanométrique pour les puces de mémoire informatique qui pourrait améliorer considérablement leur efficacité énergétique et leur évolutivité.

La conception rapproche un nouveau type de mémoire magnétique très recherché de son utilisation dans les ordinateurs, appareils électroniques mobiles tels que les téléphones intelligents et les tablettes, ainsi que de grands systèmes informatiques pour les mégadonnées. La structure asymétrique innovante lui permet de mieux exploiter les propriétés de spin et d'orbite des électrons, ce qui la rend beaucoup plus économe en énergie que la mémoire d'ordinateur d'aujourd'hui.

"Ce travail fournira probablement une approche puissante pour l'ingénierie de nouveaux dispositifs et systèmes nanoélectroniques, " a déclaré Kang Wang, le professeur Raytheon de génie électrique à l'École d'ingénierie et de sciences appliquées de l'UCLA Henry Samueli et le chercheur principal de l'étude. "En conjonction avec les types connexes de dispositifs magnétiques étudiés par notre équipe, cela représente une formidable opportunité de réaliser une mémoire et une logique plus performantes pour un futur instantané et économe en énergie, systèmes électroniques verts."

La recherche a été publiée le 11 mai dans Nature Nanotechnologie .

Les appareils qui utilisent l'électronique à base de spin, ou "spintronique, " consomment moins d'énergie que l'électronique conventionnelle en utilisant les spins des électrons plutôt que leur charge. Un domaine de recherche chaud au sein de la spintronique est de réduire le besoin de courant électrique en utilisant à la fois le spin et les propriétés orbitales des électrons, également appelé "couple de rotation en orbite".

Les puces informatiques basées sur la spintronique utilisent des matériaux magnétiques pour une efficacité énergétique accrue. Le processus qui permet d'écrire la mémoire de l'ordinateur - ou d'exécuter des fonctions de calcul - est déclenché lorsque le courant électrique "change" la polarité d'un matériau magnétique adjacent. Dans les dispositifs de couple spin-orbite existants, ce processus nécessite généralement un champ magnétique adjacent pour compléter complètement le commutateur.

La structure conçue à l'UCLA élimine le besoin d'un champ magnétique adjacent. Les chercheurs ont plutôt créé un champ magnétique efficace en faisant varier l'angle de la structure de quelques atomes seulement, en forme de quartier de fromage :plus épais à une extrémité et incliné vers le bas jusqu'à un bord plus fin à l'autre extrémité. Bien que la différence de hauteur entre les deux extrémités ne soit que de quelques dixièmes de nanomètre - ou quelques milliardièmes de mètre - sur la longueur de chaque appareil, la nouvelle configuration génère un couple spin-orbite supplémentaire important, qui pourrait potentiellement utiliser un centième de la quantité d'énergie utilisée par les puces dans l'électronique grand public d'aujourd'hui.

Les chercheurs ont observé l'effet de commutation sans champ magnétique dans plusieurs expériences, mais le mécanisme qui permet à la géométrie asymétrique d'améliorer la commutation magnétique est toujours à l'étude.

"C'est un premier pas prometteur, offrant une voie potentielle à l'ingénierie de nouvelles cellules de mémoire de couple spin-orbite, tout en offrant de nouvelles perspectives sur leur physique, " a déclaré Pedram Khalili, le co-chercheur principal de l'étude et un professeur adjoint adjoint de génie électrique. "Des travaux supplémentaires sont nécessaires pour développer une compréhension microscopique plus détaillée des nouvelles observations et évaluer davantage leur application et leur potentiel de mise à l'échelle."