Des chercheurs de l'Université Aalto ont développé un nouveau dispositif pour la spintronique. Les résultats ont été publiés dans la revue Communication Nature , et marque une étape vers l'objectif d'utiliser la spintronique pour fabriquer des puces informatiques et des dispositifs pour le traitement des données et la technologie de communication qui sont petits et puissants.

L'électronique traditionnelle utilise la charge électrique pour effectuer des calculs qui alimentent la plupart de nos technologies quotidiennes. Cependant, les ingénieurs sont incapables d'accélérer les calculs de l'électronique, comme la charge en mouvement crée de la chaleur, et la miniaturisation a atteint les limites de la thermodynamique. Parce que l'électronique ne peut pas être plus petite, on craint que les ordinateurs ne soient pas en mesure de devenir plus puissants et moins chers au même rythme qu'au cours des sept dernières décennies. C'est là qu'intervient la spintronique.

Le spin est une propriété des particules comme les électrons au même titre que la charge. Les chercheurs sont enthousiastes à l'idée d'utiliser le spin pour effectuer des calculs, car il évite les problèmes de chauffage des puces informatiques actuelles. "Si vous utilisez des ondes de spin, c'est un transfert de spin, vous ne déplacez pas la charge, donc vous ne créez pas de chauffage, " dit le professeur Sebastiaan van Dijken, qui dirige le groupe qui a rédigé l'article.

Matériaux magnétiques à l'échelle nanométrique

L'appareil fabriqué par l'équipe est un résonateur Fabry-Pérot, un outil bien connu en optique pour créer des faisceaux de lumière avec une longueur d'onde étroitement contrôlée. La version spin-wave réalisée par les chercheurs dans ce travail leur permet de contrôler et de filtrer les ondes de spin dans des dispositifs qui ne font que quelques centaines de nanomètres de diamètre.

Les appareils ont été fabriqués en prenant en sandwich des couches très minces de matériaux aux propriétés magnétiques exotiques les unes sur les autres. Cela a créé un dispositif où les ondes de spin dans le matériau seraient piégées et annulées si elles n'avaient pas la fréquence souhaitée. "Le concept est nouveau, mais facile à mettre en oeuvre, " explique le Dr Huajun Qin, le premier auteur de l'article, 'l'astuce est de fabriquer des matériaux de bonne qualité, que nous avons ici à Aalto. Le fait qu'il ne soit pas difficile de fabriquer ces appareils signifie que nous avons de nombreuses opportunités pour de nouveaux travaux passionnants."

Traitement de données sans fil et informatique analogique

Les problèmes liés à l'accélération de l'électronique vont au-delà de la surchauffe; il y a aussi des complications dans la transmission sans fil, car les signaux sans fil doivent être convertis de leurs fréquences les plus élevées en fréquences que les circuits électroniques peuvent gérer. Cette conversion ralentit le processus et nécessite de l'énergie. Les puces à ondes de spin sont capables de fonctionner aux fréquences micro-ondes utilisées dans les signaux de téléphonie mobile et WiFi, ce qui signifie qu'il existe un grand potentiel pour qu'ils soient utilisés dans des technologies de communication sans fil encore plus rapides et plus fiables à l'avenir.

Par ailleurs, les ondes de spin peuvent être utilisées pour faire du calcul de manière plus rapide que le calcul électronique pour des tâches spécifiques "Le calcul électronique utilise une logique "booléenne" ou binaire pour effectuer des calculs, " explique le professeur van Dijken. " Avec les ondes de spin, l'information est portée dans l'amplitude de l'onde, ce qui permet plus de calcul de style analogique. Cela signifie qu'il pourrait être très utile pour des tâches spécifiques comme le traitement d'images ou la reconnaissance de formes. La grande chose à propos de notre système est que la structure de taille de celui-ci signifie qu'il devrait être facile à intégrer dans la technologie existante."

Maintenant que l'équipe a le résonateur pour filtrer et contrôler les ondes de spin, les prochaines étapes consistent à leur faire un circuit complet. "Pour construire un circuit magnétique, nous devons être capables de guider les ondes de spin vers des composants fonctionnels, comme le font les canaux électriques conducteurs sur les puces électroniques. Nous cherchons à fabriquer des structures similaires pour diriger les ondes de spin, " explique le Dr Qin.