La mémoire Racetrack est une solution potentielle de nouvelle génération pour nos périphériques de stockage numérique. Cependant, les expériences actuelles utilisant des nanofils ferromagnétiques monocouches sont moins efficaces que prévu. Nouvelle recherche publiée dans Rapports scientifiques montre que leur remplacement par un nanofil de ferrimagnétique synthétique à double couche réduit les besoins en courant électrique d'un facteur dix, et les exigences de puissance par un facteur de cent.

Course autour de la piste

Lorsque vous achetez un nouvel ordinateur, nous devons faire un choix entre un disque dur conventionnel pas cher, et un dispositif de stockage à semi-conducteurs. Les disques durs conventionnels ont des pièces mobiles, qui peut échouer, et il faut beaucoup d'énergie pour faire tourner les disques. Les appareils à semi-conducteurs sont plus rapides, et moins sujette à l'échec, mais ils sont considérablement plus chers. Recherche récemment publiée dans Rapports scientifiques nous rapproche d'une troisième option - un nouveau style d'appareil qui a le potentiel d'être 100 fois moins cher que les technologies actuelles.

La mémoire Racetrack est une forme expérimentale de stockage qui stocke des données sous la forme d'une série de domaines magnétiques dans un nanofil, en utilisant des courants électriques pour « pousser » les domaines au-delà d'un élément de lecture/écriture. La mémoire Racetrack aurait une densité de stockage plus élevée que les dispositifs à semi-conducteurs comparables, combinée à des performances de lecture/écriture plus rapides et à une consommation d'énergie plus faible.

Dans des dispositifs expérimentaux utilisant un seul nanofil ferromagnétique, les performances ont été affectées par les imperfections du fil, qui rendent plus difficile le déplacement des domaines magnétiques, et nécessite des courants électriques plus élevés.

Les nanofils ferrimagnétiques synthétiques accélèrent les choses

Christophe Moelles, Professeur de physique de la matière condensée à l'Université de Leeds, a dirigé une collaboration internationale de chercheurs étudiant l'hypothèse que les performances pourraient être améliorées en utilisant un nanofil à deux couches, avec des domaines magnétiques opposés dans chaque couche pour former un ferrimagnétique synthétique. Cette approche simplifierait les structures de paroi de domaine.

Comme ils devaient déterminer ce qui se passait dans les deux couches de fils, les chercheurs ont utilisé une combinaison d'approches d'imagerie. Microscopie électronique à transmission (MET), réalisée à l'Université de Glasgow, a montré ce qui se passait dans les couches combinées. Sur la ligne de lumière Nanoscience de Diamond (I06), les chercheurs ont utilisé le XMCD-PEEM (X-ray Magnetic Circular Dichroism, Microscopie par émission de photoélectrons à rayons X), une technique qui est très sensible à la surface et voit ainsi dans la couche supérieure du nanofil. En combinant les deux séries de résultats, les événements se produisant dans les deux couches peuvent être connus.

Les résultats ont montré que le ferrimagnétique synthétique permet effectivement aux parois de domaine de se déplacer à un courant plus faible, par un facteur 10. Cela correspond à une réduction de 100 fois de la quantité d'énergie requise. La modélisation théorique (réalisée au RIKEN Center for Emergent Matter Science) explique l'effet, montrant que les murs de domaine plus simples ne sont pas le seul facteur ; la façon dont les couches interagissent facilite également le déplacement des données.

La ligne d'arrivée est-elle en vue ?

Pour exploiter tout le potentiel de la mémoire des circuits, il doit aller au-delà du 2-D (un fil plat sur une surface plane), aux tours de mémoire 3D, à ce moment-là, les avantages de la densité de stockage/de la réduction des coûts entreront en jeu. Pour que cela devienne une possibilité, une autre percée est nécessaire. En attendant, Le professeur Marrows a tourné son attention vers les skyrmions, qu'il décrit comme des murs de domaine enveloppés dans des objets circulaires. « Si vous considérez les murs de domaine comme des perles se déplaçant sur un boulier, " il dit, "Alors les skyrmions sont des particules sur une surface - ils peuvent se déplacer en 2D. Ils pourraient également être utilisés pour construire la mémoire de piste sur laquelle nos futurs appareils s'appuieront."

"Ce qui est particulièrement passionnant dans ce domaine de recherche, " poursuit le professeur Marrows, "est que nous étudions des concepts de physique quantique ésotérique qui sont étonnamment proches d'avoir des applications dans le monde réel."