Des chercheurs allemands ont, à l'aide de simulations informatiques, découvert une combinaison de matériaux qui renforce les oscillations dites de Friedel et les regroupe, comme avec une lentille, dans des directions différentes. Avec une portée de 50 nanomètres, ces « oscillations de densité de charge anisotrope géantes » sont plusieurs fois supérieures à la normale et ouvrent de nouvelles possibilités dans le domaine de la nanoélectronique pour échanger ou filtrer des informations magnétiques.

Dans les métaux tels que le cuivre ou l'aluminium, les électrons dits de conduction peuvent se déplacer librement, de la même manière que les particules dans un gaz ou un liquide. Si, cependant, des impuretés sont implantées dans le réseau cristallin du métal, les électrons se regroupent en un motif uniforme autour du point d'interférence, ressemblant aux ondulations qui se produisent lorsqu'une pierre est jetée dans une flaque d'eau. Les scientifiques de Jülich ont, à l'aide de simulations informatiques, a maintenant découvert une combinaison de matériaux qui renforce ces oscillations de Friedel et les regroupe, comme avec une lentille, dans des directions différentes. Avec une portée de 50 nanomètres, ces « oscillations géantes de densité de charge anisotrope » sont plusieurs fois supérieures à la normale et ouvrent de nouvelles possibilités dans le domaine de la nanoélectronique pour échanger ou filtrer des informations magnétiques.

L'étude qui vient d'être publiée dans Communication Nature a été précédée d'une découverte extraordinaire :des scientifiques de l'Institut Peter Grünberg de Jülich ont remarqué des ondes électroniques de forme étrange dans des images obtenues par microscopie à effet tunnel. Les images montraient la surface d'un mince film de fer avec des impuretés d'oxygène. "Le motif des vagues n'était pas constitué d'anneaux fermés comme on s'y attendrait normalement, mais plutôt répartis transversalement à partir du point d'interférence dans quatre directions différentes", a rapporté le Dr Samir Lounis.

La raison de la distribution inhabituelle des fluctuations de densité électronique est la surface de Fermi pratiquement carrée du matériau. Les électrons les plus énergétiques dans un composé atomique sont ceux qui se déplacent sur les surfaces de Fermi. La forme des surfaces de Fermi et la mobilité des électrons déterminent les propriétés physiques des métaux. Les surfaces de Fermi sont souvent circulaires ou carrées avec des bords arrondis.

"Les surfaces de Fermi pratiquement plates de nos échantillons agissent comme un amplificateur pour les oscillations de Friedel, qui s'étendent perpendiculairement aux surfaces", explique Lounis. Les chercheurs ont découvert que cet effet peut être considérablement intensifié en faisant varier l'épaisseur du métal. Selon le nombre de couches atomiques présentes, des tas de surfaces de Fermi se forment; plus il y en a, plus les oscillations sont importantes. Les chercheurs ont appelé cet effet les « oscillations de densité de charge anisotrope géante ».

En principe, les oscillations pourraient être utilisées pour échanger des informations entre les impuretés magnétiques individuelles et améliorer encore le niveau d'intégration des composants nanoélectroniques. Comme les oscillations sont principalement produites par des spins d'orientation unique, ils pourraient également former la base d'éléments dits de filtre à spin, qui sont des composants importants dans les applications spintroniques.