Création électrique et contrôle d’antiferrom

Une nouvelle étude a montré pour la première fois comment la création électrique et le contrôle des tourbillons magnétiques dans un antiferromagnétique peuvent être réalisés, une découverte qui augmentera la capacité de stockage de données et la vitesse des dispositifs de prochaine génération.

Des chercheurs de l’École de physique et d’astronomie de l’Université de Nottingham ont utilisé des techniques d’imagerie magnétique pour cartographier la structure de tourbillons magnétiques nouvellement formés et démontrer leur mouvement de va-et-vient dû à des impulsions électriques alternées. Leurs conclusions ont été publiées dans Nanotechnologie de la nature.

Oliver Amin, chercheur à l’Université de Nottingham et auteur principal de l’étude, explique : « C’est un moment passionnant pour nous, ces vortex magnétiques ont été proposés comme supports d’informations dans les dispositifs de mémoire de nouvelle génération, mais la preuve de leur existence dans les antiferromagnétiques sont jusqu’à présent rares. Maintenant, non seulement nous les avons générés, mais nous les avons également déplacés de manière contrôlable. C’est un nouveau succès pour notre matériau, CuMnAs, qui a été au centre de plusieurs percées en spintronique antiferromagnétique au cours des dernières années.

CuMnAs a une structure cristalline spécifique, développée sous vide presque complet, couche atomique par couche atomique. Il a été démontré qu’il se comporte comme un interrupteur lorsqu’il est pulsé par des courants électriques, et le groupe de recherche de Nottingham, dirigé par le Dr Peter Wadley, aux côtés de collaborateurs internationaux, a “zoomé” sur les textures magnétiques contrôlées ; d’abord avec la démonstration de parois de domaine mobiles, et maintenant avec la génération et le contrôle de vortex magnétiques.

La clé de cette recherche est une technique d’imagerie magnétique appelée microscopie électronique à photoémission, qui a été réalisée à l’installation synchrotron du Royaume-Uni, Diamond Light Source. Le synchrotron produit un faisceau collimaté de rayons X polarisés, qui est projeté sur l’échantillon pour sonder l’état magnétique. Cela permet une résolution spatiale de textures micromagnétiques aussi petites que 20 nanomètres.

Les matériaux magnétiques ont été technologiquement importants pendant des siècles, de la boussole aux disques durs modernes. Cependant presque tous ces matériaux ont appartenu à un type d’ordre magnétique : le ferromagnétisme. C’est le type d’aimant que nous connaissons tous, des aimants de réfrigérateur aux moteurs de machine à laver et aux disques durs d’ordinateur. Ils produisent un champ magnétique externe que nous pouvons “sentir” car tous les minuscules moments magnétiques atomiques qui les constituent aiment s’aligner dans la même direction. C’est ce champ qui fait coller les aimants du frigo et que l’on voit parfois tracé avec de la limaille de fer.

Parce qu’ils n’ont pas de champ magnétique externe, les antiferromagnétiques sont difficiles à détecter et, jusqu’à récemment, difficiles à contrôler. Pour cette raison, ils n’ont trouvé presque aucune application. Les antiferromagnétiques ne produisent aucun champ magnétique externe car tous les minuscules moments atomiques constitutifs voisins pointent dans des directions exactement opposées les unes aux autres. Ce faisant, ils s’annulent et aucun champ magnétique externe n’est produit : ils ne colleront pas aux réfrigérateurs et ne dévieront pas l’aiguille d’une boussole.

Mais les antiferromagnétiques sont magnétiquement plus robustes et le mouvement de leurs minuscules moments atomiques se produit environ 1000 fois plus vite qu’un ferromagnétique. Cela pourrait créer une mémoire informatique qui fonctionne beaucoup plus rapidement que la technologie de mémoire actuelle.

Le Dr Peter Wadley de l’Université de Nottingham ajoute : « Les antiferromagnétiques ont le potentiel de surpasser d’autres formes de mémoire, ce qui conduirait à une refonte de l’architecture informatique, à d’énormes augmentations de vitesse et à des économies d’énergie. La puissance de calcul supplémentaire pourrait avoir un impact sociétal important. Ces découvertes sont vraiment passionnantes car elles nous rapprochent de la réalisation du potentiel des matériaux antiferromagnétiques pour transformer le paysage numérique.

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