En tordant le magnétisme en spirales record, Les physiciens de l'Université du Nebraska-Lincoln accélèrent les efforts pour transformer l'équivalent numérique de la voie mémoire en un circuit de mémoire qui pourrait économiser de l'énergie et de l'espace dans l'électronique de nouvelle génération.

Les matériaux magnétiques contiennent des atomes qui agissent comme des versions miniatures d'une barre aimantée classique, avec chacun comportant un pôle nord et sud. Dans les matériaux qui présentent les champs magnétiques les plus puissants – les soi-disant ferroaimants qui transforment un réfrigérateur en galerie de photos, par exemple, les pôles de ces atomes pointent tous dans la même direction.

Mais cet arrangement ordonné peut être perturbé par un skyrmion (SKUR'-mee-ahn):un ensemble d'atomes dont les pôles s'inclinent de plus en plus loin de l'axe magnétique à mesure qu'ils s'approchent du centre du skyrmion, avec l'atome à son noyau pointant dans la direction opposée de cet axe.

Les chercheurs avaient déjà créé des skyrmions d'un diamètre d'environ 50 nanomètres - environ 2, 000 fois plus fin qu'un cheveu humain - dans un matériau ferromagnétique appelé monosiliciure de manganèse. Mais une nouvelle étude dirigée par David Sellmyer du Nebraska et Balamurugan Balasubramanian a rapporté la formation de skyrmions de seulement 13 nanomètres de large – ce qui semble être la plus petite taille possible dans le matériau.

Que la miniaturisation compte, Sellmyer a dit, si les « structures magnétiques intéressantes » doivent remplir leur promesse en tant que forme de mémoire numérique de nouvelle génération.

"L'une des plus grandes limitations a été le diamètre de ces choses, " dit Sellmyer, George Holmes University Distinguished Professor de physique et d'astronomie. "Cette découverte est une étape importante vers leur exploitation pour des applications réelles."

Le stockage de données numériques existe traditionnellement sous forme de lots séparés d'atomes polarisés négativement et positivement qui représentent les 1 et les 0, ou des morceaux, de code binaire. Parce que créer et déplacer un skyrmion demande beaucoup moins d'énergie que d'aligner ces groupes d'atomes polarisés, les chercheurs voient la spirale magnétique comme une alternative attrayante pour le stockage numérique. Dans ce scénario, les différentes signatures magnétiques produites en présence et en l'absence de skyrmions représenteraient les bits binaires de données.

« Au cours des dernières décennies, la densité de stockage de données a explosé, " dit Sellmyer, qui dirige le Nebraska Center for Materials and Nanoscience. « Partout dans le pays, ces sites de stockage en nuage sont construits. La quantité d'informations stockées - et la puissance consommée par ces centres de données - devient si élevée que vous devez pratiquement imaginer une centrale électrique à côté d'eux. Nous besoin d'un stockage de données plus rapide et beaucoup moins énergivore."

Avant que cela puisse arriver, Sellmyer a dit, les chercheurs doivent réduire les skyrmions à une échelle qui rivalise au moins avec les formats de mémoire numérique existants. Bien que 13 nanomètres soit bien petit, l'équipe n'a réussi à créer un skyrmion si petit qu'à des températures extrêmement basses - moins-382 degrés Fahrenheit étant le plus élevé. Trouver une méthode ou un matériau pouvant supporter de minuscules skyrmions à température ambiante reste un objectif majeur, il a dit.

La réalisation de l'exploit permettrait également aux chercheurs d'expérimenter des circuits de mémoire :des bandes nanoscopiques qui pourraient transporter les vortex magnétiques d'un groupe d'atomes à un autre lorsqu'elles sont propulsées par un courant électrique. En apportant ces bits à un lecteur/enregistreur de données plutôt que l'inverse, Les conceptions de circuits pourraient augmenter les vitesses de traitement et prolonger la durée de vie des disques durs.

"Un disque dur (conventionnel) a un disque qui tourne avec de nombreuses pièces mobiles, et il y a des crashs, " a déclaré Sellmyer. " Ce nouveau type de technologie basée sur les circuits sera une grande amélioration dans la mesure où les composants ne vont pas s'user, et vous consommez moins d'énergie.

"Il y a beaucoup de travail à faire pour voir si on peut faire, par exemple, une bande de 20 nanomètres de large et déplacez les skyrmions le long de celle-ci. Mais c'est l'objectif primordial de ce travail."

L'équipe a détaillé ses conclusions dans la revue Nanoéchelle , qui mettait en évidence la recherche sur sa couverture arrière.