Des chercheurs créent des nanostructures “ tourbillonnantes ” dans des anti-ferromagnétiques – Technoguide

Le monde numérique d’aujourd’hui génère de grandes quantités de données chaque seconde. Par conséquent, il existe un besoin de puces de mémoire qui peuvent stocker plus de données dans moins d’espace, ainsi que la capacité de lire et d’écrire ces données plus rapidement tout en utilisant moins d’énergie.

Des chercheurs de l’Université nationale de Singapour (NUS), en collaboration avec des collaborateurs de l’Université d’Oxford, de Diamond Light Source (l’installation scientifique nationale du synchrotron du Royaume-Uni) et de l’Université du Wisconsin Madison, ont maintenant développé un matériau ultra-fin aux propriétés uniques qui pourrait éventuellement atteindre certains de ces objectifs. Leurs résultats ont été publiés pour la première fois en ligne dans la revue Nature le 4 février 2021.

Stockage des données dans des anti-ferromagnets

Dans les dispositifs de mémoire ferromagnétiques existants tels que les disques durs, les informations sont stockées dans des modèles d’atomes spécifiques (appelés bits), dans lesquels tous les petits pôles magnétiques sont orientés dans la même direction. Cette disposition les rend lents et susceptibles d’être endommagés par des champs magnétiques parasites. En revanche, une classe spéciale de matériaux appelés anti-ferromagnétiques, composés de pôles magnétiques sur des atomes adjacents alignés de manière opposée, émerge pour être importante pour la future technologie de mémoire.

En particulier, il y a beaucoup d’intérêt à créer des nano-motifs magnétiques spéciaux dans des anti-ferromagnétiques qui ont la forme de tourbillons ou de vortex. Essentiellement, chaque modèle se compose de nombreux petits pôles magnétiques s’enroulant autour d’une région centrale du noyau dans le sens horaire ou anti-horaire, tout comme l’air circulant à l’intérieur d’une tornade ou d’un tourbillon. Lorsqu’elles sont réalisées expérimentalement, des combinaisons de ces tourbillons anti-ferromagnétiques seraient très utiles, car ce sont des structures très stables et peuvent potentiellement être déplacées le long de «pistes de course» magnétiques à des vitesses de tourbillon de quelques kilomètres par seconde!

Ils pourraient agir comme de nouveaux types de bits d’information qui non seulement stockent de la mémoire, mais participent également aux opérations de calcul. Par conséquent, ils permettraient une nouvelle génération de puces qui sont nettement plus rapides mais plus écoénergétiques que les appareils actuels.

Découverte expérimentale des tourbillons

À ce jour, la construction et la manipulation de motifs dans des matériaux anti-ferromagnétiques ont été très difficiles, car ils semblent presque non magnétiques de loin. “Les approches standard de contrôle, telles que l’utilisation de champs externes, ne fonctionnent pas sur ces matériaux. Par conséquent, pour réaliser ces tourbillons anti-ferromagnétiques insaisissables, nous avons proposé une nouvelle stratégie combinant une synthèse de film de haute qualité à partir de l’ingénierie des matériaux, des transitions de phase. de la physique et de la topologie des mathématiques », a expliqué le Dr Hariom Jani, auteur principal de l’article et chercheur du département de physique de la NUS.

Pour faire pousser ces matériaux, les chercheurs ont tiré un laser sur un matériau extrêmement commun et bon marché – l’oxyde de fer, qui est le principal composant de la rouille. En utilisant des impulsions ultra-courtes de laser, ils ont créé une vapeur chaude de particules atomiques qui ont formé un mince film d’oxyde de fer sur une surface.

Le professeur Thirumalai Venky Venkatesan, qui a dirigé le groupe NUS et a inventé le procédé de dépôt laser pulsé pour fabriquer le film mince, a souligné la polyvalence de l’approche de l’équipe. “Le processus de dépôt permet un contrôle précis au niveau de l’atome pendant la croissance, ce qui est important pour fabriquer des matériaux de haute qualité. Notre travail pointe vers une grande classe de systèmes de matériaux anti-ferromagnétiques, contenant des transitions de phase, dans lesquels on peut étudier la formation et contrôle de ces tourbillons pour d’éventuelles applications technologiques », a-t-il déclaré.

Expliquant le mécanisme sous-jacent, le professeur Paolo Radaelli, chef du groupe d’Oxford, a déclaré: «Nous nous sommes inspirés d’une idée célèbre de la physique cosmologique, il y a près de 50 ans, qui proposait qu’une transition de phase dans l’univers primitif, pendant l’expansion après le Big Bang, a peut-être entraîné la formation de tourbillons cosmiques. En conséquence, nous avons étudié un processus magnétique analogue se produisant dans l’oxyde de fer de haute qualité, qui nous a permis de créer à volonté une grande famille de tourbillons antiferromagnétiques. “

La prochaine étape de l’équipe est de construire des circuits innovants capables de contrôler électriquement les tourbillons.

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