Une équipe de recherche de l'Université du Wyoming a créé une méthode innovante pour contrôler de minuscules états magnétiques dans des aimants de Van der Waals ultrafins et bidimensionnels (2D), un processus similaire à la manière dont le fait d'appuyer sur un interrupteur contrôle une ampoule.

"Notre découverte pourrait conduire à des dispositifs de mémoire avancés qui stockent plus de données et consomment moins d'énergie ou permettre le développement de types entièrement nouveaux d'ordinateurs capables de résoudre rapidement des problèmes actuellement insolubles", explique Jifa Tian, ​​professeur adjoint au département de recherche de l'UW. Physique et astronomie et directeur par intérim du Centre pour la science et l'ingénierie de l'information quantique de l'UW.

Tian est l'auteur correspondant d'un article intitulé "Tunneling current-driven spin states in some-layer van der Waals magnets", publié dans Nature Communications. .

Les matériaux de Van der Waals sont constitués de couches 2D fortement liées qui sont liées dans la troisième dimension par des forces de Van der Waals plus faibles. Par exemple, le graphite est un matériau de Van der Waals largement utilisé dans l’industrie dans les électrodes, les lubrifiants, les fibres, les échangeurs de chaleur et les batteries. La nature des forces de Van der Waals entre les couches permet aux chercheurs d'utiliser du scotch pour peler les couches jusqu'à obtenir une épaisseur atomique.

L’équipe a développé un dispositif connu sous le nom de jonction tunnel magnétique, qui utilise du triiodure de chrome – un aimant isolant 2D de seulement quelques atomes d’épaisseur – pris en sandwich entre deux couches de graphène. En envoyant un petit courant électrique, appelé courant tunnel, à travers ce sandwich, la direction de l'orientation de l'aimant des domaines magnétiques (d'une taille d'environ 100 nanomètres) peut être dictée au sein des couches individuelles de triiodure de chrome, explique Tian.

Plus précisément, "ce courant tunnel peut non seulement contrôler la direction de commutation entre deux états de spin stables, mais également induire et manipuler la commutation entre les états de spin métastables, appelée commutation stochastique", explique ZhuangEn Fu, étudiant diplômé du laboratoire de recherche de Tian et maintenant chercheur postdoctoral. boursier à l'Université du Maryland.

"Cette percée n'est pas seulement intrigante; elle est très pratique. Elle consomme trois ordres de grandeur d'énergie en moins que les méthodes traditionnelles, un peu comme le remplacement d'une vieille ampoule par une LED, ce qui en fait un changement potentiel pour la technologie future", a déclaré Tian. "Notre recherche pourrait conduire au développement de nouveaux dispositifs informatiques plus rapides, plus petits, plus économes en énergie et plus puissants que jamais. Nos recherches marquent un progrès significatif dans le domaine du magnétisme à la limite 2D et préparent le terrain pour de nouvelles plates-formes informatiques puissantes. , comme les ordinateurs probabilistes."

Les ordinateurs traditionnels utilisent des bits pour stocker les informations sous forme de 0 et de 1. Ce code binaire est à la base de tous les processus informatiques classiques. Les ordinateurs quantiques utilisent des bits quantiques qui peuvent représenter à la fois « 0 » et « 1 » en même temps, augmentant ainsi la puissance de traitement de manière exponentielle.

"Dans notre travail, nous avons développé ce que vous pourriez considérer comme un bit probabiliste, qui peut basculer entre "0" et "1" (deux états de spin) en fonction des probabilités contrôlées par le courant tunnel", explique Tian. "Ces bits sont basés sur les propriétés uniques d'aimants 2D ultrafins et peuvent être reliés entre eux d'une manière similaire aux neurones du cerveau pour former un nouveau type d'ordinateur, appelé ordinateur probabiliste."

"Ce qui rend ces nouveaux ordinateurs potentiellement révolutionnaires, c'est leur capacité à gérer des tâches incroyablement difficiles pour les ordinateurs traditionnels et même quantiques, telles que certains types de tâches complexes d'apprentissage automatique et de problèmes de traitement de données", poursuit Tian. "Ils sont naturellement tolérants aux erreurs, simples dans leur conception et prennent moins de place, ce qui pourrait conduire à des technologies informatiques plus efficaces et plus puissantes."

Hua Chen, professeur agrégé de physique à l'Université d'État du Colorado, et Allan MacDonald, professeur de physique à l'Université du Texas-Austin, ont collaboré pour développer un modèle théorique qui explique comment les courants tunnel influencent les états de spin dans les jonctions tunnel magnétiques 2D. D'autres contributeurs provenaient de la Penn State University, de la Northeastern University et de l'Institut national des sciences des matériaux de Namiki, Tsukuba, Japon.