Enregistrer et traiter des données sur la même puce

La spintronik (composé des termes spin und électronique) fait partie du domaine de recherche de la nanoélectronique, elle s’est rapidement développée en une technique globalement utilisée dans les disques durs des ordinateurs. Les éléments électroniques, constitués tour à tour de minces couches magnétiques et non magnétiques, font usage des propriétés magnétiques – les spins – des électrons afin de sélectionner les données et les informations enregistrées sur un disque dur. A la base, c’est l’effet de physique appelé magnétorésistance géante (en anglais Giant Magnetoresistance Effect ou GMR) qui rend possible le développement de nouvelles têtes de lecture dans de petits disques durs d’ordinateur. La capacité de stockage de divers lecteurs pourrait grâce à l’effet GMR être augmentée dans le domaine du giga-octet. Le traitement de données dans l’ordinateur se base au contraire sur le fait que les électrons chargés électriquement circulent dans un circuit minuscule et sont gravés sur une micropuce.

Des appareils économiques et plus légers

Ce qui est passionnant, c’est que nous avons pu montrer ce phénomène sur des semi-conducteurs organiques flexibles – des matériaux qui constitueront probablement les écrans de visualisation des téléphones portables, les télévisions et les moniteurs d’ordinateurs de la prochaine génération. Cette découverte pourrait signifier que de tels appareils seront à l’avenir clairement plus légers et efficaces d’un point de vue énergétique, explique le responsable de la recherche Dr Alan Drew du Département de physique de la Queen Mary University. Drew et son équipe ont examiné comment les couches de fluorure de lithium, qui possède un champ électrique interne, sont capables de modifier les spins des électrons, qui circulent à travers un système de couches. S’il est aisé de se représenter théoriquement la combinaison du spins et de la charge des électrons dans un élément, nous sommes les premiers à avoir démontré qu’il est possible de contrôler de manière ciblée les spins à l’aide de champs électriques, souligne le chercheur.

Un procédé unique en Suisse et dans le monde

Grâce au procédé spectroscopique de la rotation des spins avec des muons à basse énergie, la polarisation des spins a pu être rendue visible à proximité des interfaces cachées dans la disposition des couches minces, explique le Prof. Christian Bernhard du Département de physique de l’Université de Fribourg. Les expériences ont été menées à l’Institut Paul Scherrer PSI, le seul endroit au monde où l’on dispose de ce procédé. Cette méthode utilise les propriétés magnétiques des muons – des particules élémentaires instables. Dans une expérience de ce type, on projette des muons à l’intérieur du matériau. Lorsque les muons se désintègrent, les produits qui en résultent portent des informations sur les processus magnétiques à l’intérieur du matériau, précise Dr Andreas Sutter du PSI, où ce procédé a été développé. Ce qui est extraordinaire avec les muons à basse énergie, c’est que l’on peut les envoyer de manière ciblée à l’intérieur de l’une des couches d’un système. Il devient ainsi possible d’examiner le magnétisme dans chaque couche de manière séparée.

A propos du PSI

L’Institut Paul Scherrer développe, construit et exploite de grandes installations de recherche complexes et les met à la disposition de la communauté des chercheurs suisses et internationaux. Les thèmes principaux des recherches qui y sont menées en interne sont la physique sur les solides et les sciences des matériaux, la physique des particules élémentaires, la biologie et la médecine, la recherche énergétique et environnementale. Avec 1400 collaborateurs et un budget annuel de 300 millions de CHF environ, c’est le principal institut de recherche suisse.