Des chercheurs de l'IMDEA Nanociencia et d'autres centres européens ont découvert que la combinaison de graphène et de cobalt offre des propriétés pertinentes dans le domaine du magnétisme. Cette percée ouvre la voie au développement de nouveaux dispositifs logiques capables de stocker rapidement de grandes quantités de données et avec une consommation d'énergie réduite.

L'une des dernières technologies d'encodage numérique de l'information est l'orbitronique de spin, qui exploite non seulement la charge de l'électron (électronique) et son spin (spintronique), mais aussi l'interaction du spin avec son mouvement orbital, offrant une multitude de propriétés pertinentes en magnétisme.

Cette technologie est appliquée dans certains matériaux pour générer des configurations magnétiques très stables mais qui peuvent être contrôlées et déplacées rapidement avec de très faibles courants électriques. Les structures résultantes sont considérées comme très prometteuses pour les futurs dispositifs spin-orbitroniques, car ils offrent une vitesse de traitement élevée et une grande capacité de stockage de données, avec une faible consommation d'énergie.

Maintenant, une équipe européenne dirigée par l'Institut IMDEA Nanociencia a développé une méthodologie pour préparer un tel système. Il se compose d'un dispositif constitué de films de graphène empilés (une seule couche de graphite atomique) posés sur du cobalt ferromagnétique, disposés à leur tour sur une couche de platine avec une certaine orientation cristallographique. Les détails sont publiés dans Lettres nano .

L'auteur principal de l'étude, Paolo Perna de IMDEA Nanociencia, explique les avantages de cette configuration :« D'une part, les propriétés exceptionnelles du graphène permettent d'obtenir une homogénéité, couche magnétique plane et protégée, qui est aussi atomiquement parfait. Cependant, ce qui compte le plus, ce sont les deux propriétés magnétiques atteintes :une amélioration de l'anisotropie magnétique du cobalt (ses épines sont de préférence orientées dans une certaine direction), et une interaction forte appelée Dzyaloshinskii-Moriya, qui permet la présence de structures magnétiques chirales, car ils ne se chevauchent pas avec son image spéculaire."

Skyrmions pour transporter des informations binaires

Ces structures magnétiques chirales de taille nanométrique sont appelées skyrmions. Ils sont très stables et agissent comme porteurs d'informations binaires lorsqu'ils voyagent à travers le graphène. "En passant par deux contacts électriques, chaque skyrmion produit un changement dans la réponse électrique qui peut être décodé en zéros et en uns, " explique Perna.

"De cette façon, dans le futur proche, il sera possible de réaliser des dispositifs magnétiques spin-orbitroniques tels que des mémoires magnétiques ou des capteurs beaucoup plus rapides et plus denses que les actuels, et avec une consommation d'énergie beaucoup plus faible, ", dit le chercheur.

Afin de détecter les propriétés, les auteurs ont utilisé des techniques combinées de spectroscopie et de microscopie, dont certains avec lumière au synchrotron ALBA près de Barcelone. Chercheurs des Universités Complutense et Autonome de Madrid, en collaboration avec l'Institut Néel de Grenoble (France), ont également participé à l'étude.

Comme base de l'appareil, les auteurs ont utilisé des substrats isolants en oxyde. Afin d'obtenir du graphène de haute qualité, les substrats métalliques sont généralement utilisés dans les laboratoires, mais ils sont très chers pour l'industrie et, comme chefs d'orchestre, ils ne permettraient pas l'isolation électrique de l'appareil avec la puce.

"Nous avons prouvé qu'il est possible de préparer des structures magnétiques de haute qualité à base de graphène et de substrats isolants en oxyde, pouvant être mis en œuvre dans les procédés de fabrication actuels, " note Perna.