(Phys.org)—En 2011, le groupe de recherche de Roland Wiesendanger, Professeur de physique à l'Université de Hambourg en Allemagne, a fabriqué un dispositif logique basé sur le spin en utilisant les spins d'atomes simples, un exploit qui représente les limites ultimes de la miniaturisation. Dans ces petits appareils, tous les atomes doivent être positionnés avec précision pour que leur information de spin puisse être transmise d'un atome à l'autre.

Le problème est que les atomes ne veulent pas rester dans leurs positions désignées très longtemps. Même la plus petite quantité de chaleur peut surmonter le faible couplage magnétique entre un atome et un substrat qui aide à maintenir l'atome en place. Par conséquent, le dispositif logique à base de spin ne fonctionne qu'à des températures inférieures à 0,3 K, à peine au-dessus du zéro absolu.

Maintenant dans un nouvel article publié dans Lettres nano , L'équipe de Wiesendanger a démontré des dispositifs logiques basés sur le spin qui sont constitués de molécules au lieu d'atomes. Les molécules sont maintenues en place par couplage magnétique super-échange, ce qui est beaucoup plus fort qu'un couplage magnétique faible. Les interactions plus fortes se traduisent par une température de fonctionnement d'un ordre de grandeur plus élevée, jusqu'à 6 K. Les dispositifs de spin moléculaire, qui sont presque aussi petits que la version atomique, ont une stabilité beaucoup plus élevée et ils offrent toujours les mêmes avantages potentiels de fonctionnement à grande vitesse et de faible consommation d'énergie qui rendent les dispositifs de spintronique si attrayants.

« Nous avons maintenant toutes les pièces de construction à la surface pour créer des appareils à partir de blocs de construction moléculaires, " auteur principal Maciej Bazarnik, physicien à l'Université de Hambourg et à l'Université de technologie de Poznan en Pologne, Raconté Phys.org .

En général, les dispositifs basés sur le spin fonctionnent en contrôlant les spins des électrons, tout comme les appareils électroniques conventionnels contrôlent la charge des électrons. Semblable à la façon dont la charge est considérée comme négative ou positive, la rotation est considérée comme étant soit vers le haut, soit vers le bas. En appliquant un champ magnétique, les chercheurs peuvent générer un excès d'électrons de spin up ou de spin down, créant une polarisation de spin nette et produisant un courant de spin magnétique.

Pour construire un dispositif logique tout spin, le défi est que les atomes et les molécules doivent être arrangés pour qu'ils agissent comme des fils, jonctions, et d'autres blocs de construction pour transmettre les informations de rotation facilement perturbées d'un endroit à un autre.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont construit ces composants à partir de composés de coordination, qui sont des molécules magnétiques constituées d'un atome métallique central (ici, cobalt) liés aux groupes d'atomes environnants. Ces groupes sont soigneusement choisis pour obtenir de fortes interactions magnétiques entre les atomes métalliques porteurs de spin de composés adjacents, permettant le transfert des informations de rotation.

Les chercheurs ont également conçu la structure chimique pour atténuer un autre problème auquel sont confrontés les dispositifs de spin à l'échelle atomique :en transportant les informations de spin plus directement entre les jonctions, ils pourraient réduire considérablement les interférences indésirables avec les appareils voisins.

Avec leur plus grande stabilité, les dispositifs de logique de spin moléculaire représentent une étape vers la fabrication de très petits dispositifs de spin à des températures plus élevées, ce qui est nécessaire pour réaliser les applications futures.

"Nous explorons différents centres magnétiques dans nos molécules pour obtenir des couplages magnétiques plus forts et élever encore plus la température de fonctionnement, " a déclaré Bazarnik. " Étant donné que les appareils tout spin sont finalement petits, les utiliser dans la nanoélectronique future serait bénéfique. Ils fonctionnent sur un degré de liberté de spin et donc aucun flux de courant [électrique] n'est nécessaire pour que l'information soit transmise. Il n'y a donc pas de chauffage et une très faible consommation d'énergie."

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