Au cours des dernières décennies, l'électronique conventionnelle a rapidement atteint ses limites techniques dans l'informatique et les technologies de l'information, appelant à des dispositifs innovants qui vont au-delà de la simple manipulation du courant d'électrons. À cet égard, spintronique, l'étude de dispositifs qui exploitent le "spin" des électrons pour remplir des fonctions, est l'un des domaines les plus chauds de la physique appliquée. Mais, mesure, modifier, et, en général, travailler avec cette propriété quantique fondamentale n'est pas une mince affaire.

Les dispositifs spintroniques actuels, par exemple, jonctions tunnel magnétiques - souffrent de limitations telles que la consommation d'énergie élevée, basses températures de fonctionnement, et des contraintes sévères dans le choix des matériaux. À cette fin, une équipe de scientifiques de l'Université des sciences de Tokyo et de l'Institut national des sciences des matériaux (NIMS), Japon, a récemment publié une étude dans ACS Nano , dans lequel ils présentent une stratégie étonnamment simple mais efficace pour manipuler l'angle d'aimantation dans la magnétite (Fe 3 O 4 ), un matériau ferromagnétique typique. L'équipe a fabriqué un transistor de réduction-oxydation ("redox") tout solide contenant un film mince de Fe 3 O 4 sur de l'oxyde de magnésium et un électrolyte au silicate de lithium dopé au zirconium (Fig. 1). L'insertion d'ions lithium dans l'électrolyte solide a permis d'obtenir une rotation de l'angle d'aimantation à température ambiante et de modifier significativement la densité des porteurs d'électrons. Professeur agrégé Tohru Higuchi de l'Université des sciences de Tokyo, l'un des auteurs de cet article publié, dit "En appliquant une tension pour insérer des ions lithium dans un électrolyte solide dans un ferromagnétique, nous avons développé un dispositif spintronique qui peut faire tourner l'aimantation avec une consommation d'énergie inférieure à celle de la rotation de l'aimantation par injection de courant de spin. Cette rotation d'aimantation est provoquée par le changement de couplage spin-orbite dû à l'injection d'électrons dans un ferromagnétique."

Contrairement aux tentatives précédentes qui reposaient sur l'utilisation de champs magnétiques externes puissants ou l'injection de courants adaptés au spin, la nouvelle approche tire parti d'une réaction électrochimique réversible. Après avoir appliqué une tension externe, les ions lithium migrent depuis l'électrode supérieure en oxyde de lithium et cobalt et à travers l'électrolyte avant d'atteindre le Fe magnétique 3 O 4 couche. Ces ions s'insèrent alors dans la structure de la magnétite, former Li X Fe 3 O 4 et provoquer une rotation mesurable de son angle d'aimantation en raison d'une altération des porteurs de charge.

Cet effet a permis aux scientifiques de modifier de manière réversible l'angle de magnétisation d'environ 10°. Bien qu'une rotation beaucoup plus importante de 56° ait été obtenue en augmentant davantage la tension externe, ils ont constaté que l'angle de magnétisation ne pouvait pas être complètement inversé (Fig. 2). "Nous avons déterminé que cette rotation d'angle de magnétisation irréversible était causée par un changement dans la structure cristalline de la magnétite en raison d'un excès d'ions lithium, " explique Higuchi, « Si nous pouvions supprimer ces changements structurels irréversibles, nous pourrions obtenir une rotation de magnétisation considérablement plus grande."

Le nouveau dispositif développé par les scientifiques représente une étape importante dans le contrôle de la magnétisation pour le développement de dispositifs spintroniques. De plus, la structure du dispositif est relativement simple et facile à fabriquer. Dr Takashi Tsuchiya, Chercheur principal au NIMS, l'auteur correspondant de l'étude dit, "En contrôlant la direction d'aimantation à température ambiante grâce à l'insertion d'ions lithium dans Fe 3 O 4 , nous avons permis de fonctionner avec une consommation d'énergie beaucoup plus faible que la rotation d'aimantation par injection de courant de spin. L'élément développé fonctionne avec une structure simple."

Bien qu'il reste encore du travail à faire pour profiter pleinement de ce nouvel appareil, l'essor imminent de la spintronique ouvrira certainement de nombreuses applications nouvelles et puissantes. "À l'avenir, on va essayer de réaliser une rotation de 180° dans l'angle d'aimantation, " dit le Dr Kazuya Terabe, Chercheur principal au Centre international de nanoarchitectonique des matériaux du NIMS et co-auteur de l'étude, "Cela nous permettrait de créer des dispositifs de mémoire spintronique à haute densité avec une grande capacité et même des dispositifs neuromorphiques qui imitent les systèmes neuronaux biologiques." Certaines autres applications de la spintronique se situent dans le domaine très convoité de l'informatique quantique.

Seul le temps nous dira ce que cette technologie de pointe nous réserve !