L’hématite riche en fer, couramment trouvée dans les roches et le sol, s’avère avoir des propriétés magnétiques qui en font un matériau prometteur pour un calcul de nouvelle génération ultra-rapide
En 2023, les chercheurs de l’EPFL ont réussi à envoyer et à stocker des données en utilisant des ondes magnétiques sans charge appelées ondes de spin, plutôt que des flux électrôles traditionnels. L’équipe du laboratoire des matériaux magnétiques à l’échelle nanométrique et de la magonique, dirigés par Dirk Grundler, dans l’École d’ingénierie, a utilisé des signaux de radiofréquence pour exciter suffisamment d’ondes de rotation pour inverser l’état de magnétisation des minuscules nanomagnets. Lorsqu’il est passé de 0 à 1, par exemple, cela permet aux nanomagnets de stocker des informations numériques; Un processus utilisé dans la mémoire informatique, et plus largement dans les technologies de l’information et de la communication.
Ce travail a été un grand pas vers l’informatique durable, car le codage des données via des ondes de spin (dont les quasiparticules sont appelés magnons) pourrait éliminer la perte d’énergie, ou chauffage Joule, associé à des appareils à base d’électrons. Mais à l’époque, les signaux d’onde de spin ne pouvaient pas être utilisés pour réinitialiser les bits magnétiques pour écraser les données existantes.
Maintenant, le laboratoire de Grundler, en collaboration avec des collègues de l’Université de Beihang en Chine, a publié des recherches Physique de la nature Cela pourrait rendre un tel encodage répété possible. Plus précisément, ils rapportent un comportement magnétique sans précédent dans l’hématite: un composé d’oxyde de fer qui est abondant à la Terre et beaucoup plus respectueux de l’environnement que les matériaux actuellement utilisés dans la spintronique.
Grundler explique: «Ce travail démontre que l’hématite n’est pas seulement un remplacement durable pour des matériaux établis comme le grenat de fer Yttrium. Il présente une physique de spin entièrement nouvelle qui peut être récoltée pour le traitement du signal à des fréquences ultra-importantes, ce qui est essentiel pour le développement de dispositifs spintroniques à ultrapas et leurs applications dans l’information et la technologie de communication de nouvelle génération.»
Deux modes Magnon sont meilleurs qu’un
La découverte est survenue de façon inattendue lorsque l’ancien ancien de l’EPFL HaiMming Yu, maintenant professeur à l’Institut Fert de Pékin du MIIT Key Laboratory of Spintronics de l’Université de Beihang, a détecté des signaux électriques étranges provenant d’une rayon de platine nanostructuré sur l’hématite. Les signaux, mesurés par le chercheur Lutong Sheng du même groupe, étaient différents de tout ce qui est observé sur les matériaux magnétiques conventionnels, alors l’équipe de Yu a envoyé son appareil au laboratoire de Grundler pour analyse.
Tout en examinant les signaux de magnon dans l’échantillon, Grundler a repéré une «bouchée» dans leur distribution spatiale. «Cette observation nette a finalement conduit à la découverte d’un modèle d’interférence, qui a été le tournant critique de cette recherche», explique Yu. En effet, en utilisant la microscopie de diffusion de la lumière, l’étudiante du doctorat EPFL Anna Duvakina a déterminé que les étranges signaux électriques dans l’échantillon d’hématite étaient liés à des modèles d’interférence entre deux excitations d’ondes de spin distinctes appelées modes de magnon.
D’autres matériaux magnétiques comme le grenat de fer Yttrium ne donnent qu’un seul mode Magnon, mais avoir deux modes de magnon est crucial: cela signifie que les courants de spin générés à partir de magnons ont pu être faits pour basculer entre les polarisations opposées sur le même appareil, ce qui pourrait à son tour changer l’état de magnétisation d’un nanomagnet dans les deux sens. En théorie, cela pourrait enfin permettre un codage et un stockage répétés de données numériques. Ensuite, les chercheurs espèrent tester cette idée en montant un nanomagnet sur le dispositif d’hématite.
«L’hématite est connue de l’homme depuis des milliers d’années, mais son magnétisme est trop faible pour des applications standard. Maintenant, il s’avère qu’il surpasse un matériau optimisé pour l’électronique micro-ondes dans les années 1950», explique Grundler. «C’est la beauté de la science: vous pouvez prendre cet ancien matériau abondant et trouver cette application très opportune pour cela, ce qui pourrait nous permettre d’avoir une approche plus efficace et durable de la spintronique.»
