Des chercheurs du CRANN (Centre de recherche sur les nanostructures adaptatives et les nanodispositifs) et de l'École de physique du Trinity College de Dublin ont annoncé aujourd'hui qu'unmatériau magnétiquedéveloppé au Centre démontre la commutation magnétique la plus rapide jamais enregistrée.
L'équipe a utilisé des systèmes laser femtoseconde dans le laboratoire de recherche photonique du CRANN pour commuter puis ré-inverser l'orientation magnétique de leur matériau en quelques trillionièmes de seconde, six fois plus vite que le record précédent et cent fois plus vite que la vitesse d'horloge d'un ordinateur personnel.
Cette découverte démontre le potentiel du matériau pour une nouvelle génération d’ordinateurs ultra-rapides et de systèmes de stockage de données économes en énergie.
Les chercheurs ont atteint des vitesses de commutation sans précédent grâce à un alliage appelé MRG, synthétisé pour la première fois par l'équipe en 2014 à partir de manganèse, de ruthénium et de gallium. Lors de l'expérience, l'équipe a frappé des couches minces de MRG avec des impulsions de lumière laser rouge, délivrant des mégawatts de puissance en moins d'un milliardième de seconde.
Le transfert de chaleur modifie l'orientation magnétique du MRG. Ce premier changement est d'une rapidité incroyable, de l'ordre d'un dixième de picoseconde (1 ps = un milliardième de seconde). Mais, plus important encore, l'équipe a découvert qu'elle pouvait inverser l'orientation 10 milliards de secondes plus tard. Il s'agit du changement d'orientation d'un aimant le plus rapide jamais observé.
Leurs résultats sont publiés cette semaine dans la revue de physique de référence, Physical Review Letters.
Cette découverte pourrait ouvrir de nouvelles perspectives en matière d'informatique et de technologies de l'information innovantes, compte tenu de l'importance dematériau magnétiqueDans ce secteur, des matériaux magnétiques sont présents dans nombre de nos appareils électroniques, ainsi que dans les centres de données à grande échelle au cœur d'Internet. Ils lisent et stockent les données. L'explosion actuelle de l'information génère plus de données et consomme plus d'énergie que jamais. Trouver de nouvelles méthodes de traitement des données économes en énergie, et des matériaux adaptés, est une préoccupation de recherche mondiale.
La clé du succès des équipes de Trinity a résidé dans leur capacité à réaliser une commutation ultrarapide sans champ magnétique. La commutation traditionnelle d'un aimant utilise un autre aimant, ce qui engendre des coûts énergétiques et temporels. Avec MRG, la commutation a été obtenue par une impulsion de chaleur, exploitant l'interaction unique du matériau avec la lumière.
Les chercheurs de Trinity, Jean Besbas et Karsten Rode, discutent d'une piste de recherche :
«Matériau magnétiqueLes circuits magnétiques possèdent intrinsèquement une mémoire utilisable pour la logique. Jusqu'à présent, le passage d'un état magnétique (le « 0 logique ») à un autre (le « 1 logique ») était trop gourmand en énergie et trop lent. Nos recherches s'intéressent à la vitesse en montrant que nous pouvons commuter le MRG d'un état à un autre en 0,1 picoseconde et, surtout, qu'un second changement ne peut intervenir que 10 picosecondes plus tard, ce qui correspond à une fréquence opérationnelle d'environ 100 gigahertz, soit une vitesse supérieure à toutes les observations précédentes.
« Cette découverte met en évidence la capacité particulière de notre MRG à coupler efficacement la lumière et le spin, ce qui nous permet de contrôler le magnétisme par la lumière et la lumière par le magnétisme à des échelles de temps jusqu'alors inaccessibles. »
Commentant le travail de son équipe, le professeur Michael Coey, de la Trinity's School of Physics et du CRANN, a déclaré : « En 2014, lorsque mon équipe et moi avons annoncé pour la première fois que nous avions créé un tout nouvel alliage de manganèse, de ruthénium et de gallium, connu sous le nom de MRG, nous n'aurions jamais soupçonné que le matériau avait ce remarquable potentiel magnéto-optique.
Cette démonstration débouchera sur de nouveaux concepts de dispositifs basés sur la lumière et le magnétisme, qui pourraient bénéficier d'une vitesse et d'une efficacité énergétique considérablement accrues, et peut-être aboutir à terme à un dispositif universel unique combinant mémoire et fonctionnalités logiques. C'est un défi de taille, mais nous avons présenté un matériau qui pourrait le rendre possible. Nous espérons obtenir des financements et des collaborations industrielles pour poursuivre nos travaux.
Date de publication : 5 mai 2021