Le magnétisme offre de nouvelles façons de créer des ordinateurs plus puissants et économes en énergie, mais la réalisation de calculs magnétiques à l'échelle nanométrique est une tâche difficile. Une avancée critique dans le domaine du calcul à ultrabasse puissance utilisant des ondes magnétiques est signalée par une équipe conjointe de Kaiserslautern, Iéna et Vienne dans le journal Lettres nano .

Une perturbation locale de l'ordre magnétique d'un aimant peut se propager à travers un matériau sous la forme d'une onde. Ces ondes sont appelées ondes de spin et leurs quasi-particules associées sont appelées magnons. Des scientifiques de la Technische Universität Kaiserslautern, Innovant e.V. Iéna et l'Université de Vienne sont connus pour leur expertise dans le domaine de la recherche appelé « magnétique, ' qui utilise des magnons pour le développement de nouveaux types d'ordinateurs, complétant potentiellement les processeurs conventionnels à base d'électrons utilisés de nos jours.

"Une nouvelle génération d'ordinateurs utilisant des magnons pourrait être plus puissante et, par dessus tout, consomment moins d'énergie. Une condition préalable majeure est que nous soyons capables de fabriquer, guides d'ondes dits monomodes, qui nous permettent d'utiliser des schémas avancés de traitement du signal à base d'ondes, " déclare le professeur junior Philipp Pirro, l'un des principaux scientifiques du projet. "Cela nécessite de pousser les tailles de nos structures dans la gamme nanométrique. Le développement de tels conduits s'ouvre, par exemple, un accès au développement de systèmes informatiques neuromorphiques inspirés des fonctionnalités du cerveau humain."

Cependant, la réduction d'échelle de la technologie magnénique à l'échelle nanométrique est un défi :« Un matériau très prometteur pour les applications magnétiques est le grenat de fer et d'yttrium (YIG). , " dit le professeur Andrii Chumak de l'Université de Vienne, le chef de projet. "Mais tout a son prix :le YIG est très complexe et difficile à gérer si vous essayez d'en faire de minuscules structures. C'est pourquoi les structures YIG ont eu des tailles millimétriques pendant des décennies, et c'est seulement maintenant que nous avons réussi à descendre à 50 nanomètres, qui est d'environ 100, 000 fois plus petit."

Pour ça, une nouvelle technologie spéciale a été développée au Nano Structuring Center de la Technische Universität Kaiserslautern en utilisant des films YIG développés par le collaborateur Dr. Carsten Dubs d'Innovent e.V. d'Iéna. Une fine couche métallique, appelé un masque, est fabriqué au-dessus du YIG, laissant la majorité du film exposée. Ensuite, l'échantillon est bombardé par un puissant flux d'ions argon, qui supprime les parties non protégées de YIG, tandis que le matériau sous le masque reste intact. Après, le masque métallique est retiré, révélant une bande mince de 50 nm du YIG fini.

"Ce qui est crucial pour le succès de l'ensemble du processus était de trouver les matériaux appropriés pour le masque, pour savoir quelle doit être son épaisseur et régler des dizaines de paramètres différents afin de sauvegarder les propriétés du YIG, " dit Björn Heinz, l'auteur principal de l'article. « Après plusieurs années d'enquêtes, nous avons finalement trouvé ce que nous recherchions dans la combinaison de couches de chrome et de titane."

La largeur de la structure YIG est environ mille fois plus petite que l'épaisseur d'un cheveu humain. Après une structuration réussie, les scientifiques ont continué à étudier la propagation des magnons pour évaluer si les structures YIG de taille nanométrique conservaient les propriétés matérielles supérieures des films YIG.

« Nous avons pu montrer que le processus de structuration n'avait qu'un impact mineur sur les propriétés fantastiques de ce matériau, " dit Heinz. " De plus, nous avons pu prouver expérimentalement que les magnons peuvent transporter efficacement des informations sur de longues distances dans les conduits, comme cela avait été prédit théoriquement auparavant. Ces résultats sont une étape importante dans le développement des circuits magnétiques et prouvent la faisabilité générale du traitement de données basé sur magnon. »