Il y a une faille dans tout, Leonard Cohen a chanté; c'est ainsi que la lumière entre. Maintenant, une équipe dirigée par des scientifiques du National Institute of Standards and Technology (NIST) a exploré les propriétés d'une classe prometteuse de matériaux avec de nouvelles capacités qui dépendent de ces fissures. Leurs résultats pourraient aider à ouvrir la voie à des applications pratiques allant de la mémoire informatique non volatile aux fenêtres à gradation rapide.

Les matériaux en question ont été surnommés magnéto-ioniques - des substances magnétiques dont les propriétés dépendent de la disposition des ions, qui sont des atomes avec une charge électrique. Les concepteurs de mémoire informatique les aiment parce qu'ils fonctionnent différemment des appareils électroniques traditionnels, qui dépendent du mouvement des électrons pour représenter des 1 et des 0. Mais les électrons ne restent pas dans les appareils traditionnels lorsque le courant s'éteint.

Entrez magnéto-ionique, qui sont formées de plusieurs couches extrêmement minces de particules cristallines contenant de l'oxygène empilées les unes sur les autres. Ces particules s'empilent, mais ont de petits espaces entre eux, permettant aux ions d'oxygène de se déplacer parmi les particules. Si des couches de particules sont déposées en un film mince sur une surface, les ions peuvent être déplacés de haut en bas à travers les couches à l'aide d'un champ électrique, changer leur comportement, même faire perdre aux couches magnétiques leur magnétisme. Contrôler si les couches sont magnétiques ou non permet potentiellement le stockage d'informations sous forme de 1 et de 0. Et une fois qu'un ion se déplace vers un nouvel endroit, il a tendance à y rester, même sans électricité.

D'autres technologies de mémoire non volatile existent, notamment les disques durs et la mémoire flash, mais ils travaillent relativement lentement, ont une durée de vie relativement courte et ne peuvent pas être mis à l'échelle au-delà d'un certain point - disques durs, par exemple, ne peut avoir qu'un certain nombre de couches. Les technologies ioniques fonctionneraient aussi lentement, mais serait plus évolutif.

L'attrait de ces films magnéto-ioniques va bien au-delà du stockage de données, a déclaré Dustin Gilbert, physicien du NIST, en raison du large éventail de propriétés qui peuvent être modifiées en déplaçant les ions d'oxygène.

« Le contrôle des distributions d'oxygène offre la possibilité d'ajuster pratiquement toutes les propriétés d'un matériau :magnétique, de construction, optique, mécanique ou chimique, pour n'en nommer que quelques-uns, " dit Gilbert. " Donc au sens large, vous pouvez imaginer n'importe quel nombre d'appareils où nous appliquons une tension et changeons complètement leur comportement fonctionnel. Une possibilité serait un revêtement de fenêtre qui passe d'opaque à miroir ou transparent, pour que vous puissiez laisser entrer la lumière du soleil en appuyant simplement sur un interrupteur."

Malgré leur potentiel plus large, la plupart des recherches qui ont été effectuées jusqu'à présent sur la magnéto-ionique ont porté sur des films extrêmement minces de quelques couches atomiques seulement. L'équipe du NIST a entrepris d'explorer le comportement des films sensiblement plus épais qui pourraient être cruciaux pour les applications commerciales.

Leurs recherches, réalisée par réflectométrie neutronique au NIST Center for Neutron Research, a révélé un certain nombre de conclusions utiles pour l'avenir de l'industrie. Particules plus petites, par exemple, tendent à faire de meilleurs films magnéto-ioniques, car il y a plus de fissures à travers lesquelles les ions d'oxygène peuvent voyager. Aussi, changer la composition chimique et la structure cristalline des particules et des couches modifie considérablement les propriétés du film, ce qui signifie que l'ingénierie des particules sera une préoccupation majeure pour les fabricants.

Les propriétés des films changent également après que les ions d'oxygène fassent quelques allers-retours à travers les couches, soulevant des questions sur la durée de vie d'un appareil basé sur la magnéto-ionique.

« Nous devons être en mesure d'échanger ces choses un grand nombre de fois, " a déclaré Gilbert. " Leur durabilité et leur vitesse s'améliorent rapidement, mais il y a encore du chemin à parcourir. En comprenant mieux le mouvement de l'oxygène dans ces appareils, notre travail devrait beaucoup aider à cela. Nous avons déchiffré la physique sous-jacente des propriétés magnétiques de ces films, ce qui devrait éclairer les ingénieurs sur la façon dont ils peuvent les utiliser."