Des chercheurs du CRANN (Centre de recherche sur les nanostructures et les nanodispositifs adaptatifs) et de l'École de physique du Trinity College de Dublin ont annoncé aujourd'hui qu'unmatériau magnétiqueDéveloppée au Centre, cette technologie démontre la commutation magnétique la plus rapide jamais enregistrée.
L'équipe a utilisé des systèmes laser femtoseconde du laboratoire de recherche en photonique du CRANN pour commuter puis commuter à nouveau l'orientation magnétique de leur matériau en 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 de ce matériau pour une nouvelle génération d'ordinateurs ultrarapides et de systèmes de stockage de données à faible consommation énergétique.
Les chercheurs ont atteint ces vitesses de commutation sans précédent grâce à un alliage appelé MRG, synthétisé pour la première fois par le groupe en 2014 à partir de manganèse, de ruthénium et de gallium. Lors de l'expérience, l'équipe a bombardé de fines couches de MRG avec des impulsions de lumière laser rouge, délivrant ainsi une puissance de plusieurs mégawatts en moins d'un milliardième de seconde.
Le transfert de chaleur inverse l'orientation magnétique du MRG. Ce premier changement s'opère en un dixième de picoseconde, une fraction de seconde inimaginable (1 ps = un milliardième de seconde). Mais, plus important encore, l'équipe a découvert qu'elle pouvait rétablir l'orientation initiale dix milliardièmes de seconde 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 pour l'informatique et les technologies de l'information innovantes, compte tenu de l'importance dematériau magnétiqueDans ce secteur, les matériaux magnétiques jouent un rôle crucial. Dissimulés dans nombre de nos appareils électroniques, ainsi que dans les immenses centres de données qui constituent le 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 auparavant. Trouver de nouvelles méthodes économes en énergie pour manipuler les données, et des matériaux adaptés, est une préoccupation majeure de la recherche mondiale.
La clé du succès des équipes de Trinity résidait dans leur capacité à réaliser une commutation ultrarapide sans champ magnétique. La commutation traditionnelle d'un aimant utilise un autre aimant, ce qui engendre une consommation d'énergie et de temps considérable. Avec MRG, la commutation a été obtenue par une impulsion thermique, exploitant l'interaction unique du matériau avec la lumière.
Les chercheurs de Trinity, Jean Besbas et Karsten Rode, discutent d'une des pistes de recherche :
«matériau magnétiqueLes magnétophones possèdent intrinsèquement une mémoire exploitable pour la logique. Jusqu'à présent, la commutation d'un état magnétique « logique 0 » à un autre « logique 1 » était trop énergivore et trop lente. Nos recherches portent sur la vitesse : nous démontrons qu'il est possible de commuter les magnétophones d'un état à l'autre en 0,1 picoseconde et, surtout, qu'une seconde commutation peut avoir lieu seulement 10 picosecondes plus tard, ce qui correspond à une fréquence de fonctionnement d'environ 100 gigahertz, plus rapide que tout ce qui avait été observé jusqu'à présent.
« Cette découverte met en lumière la capacité exceptionnelle 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 sur des échelles de temps jusqu'alors inaccessibles. »
Commentant les travaux de son équipe, le professeur Michael Coey, de l'école de physique de Trinity et du CRANN, a déclaré : « En 2014, lorsque mon équipe et moi avons annoncé pour la première fois que nous avions créé un alliage entièrement nouveau de manganèse, de ruthénium et de gallium, connu sous le nom de MRG, nous n'avions jamais soupçonné que le matériau possédait ce remarquable potentiel magnéto-optique.
Cette démonstration ouvrira la voie à 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, permettant peut-être à terme de réaliser un dispositif universel unique intégrant mémoire et logique. C'est un défi de taille, mais nous avons présenté un matériau qui pourrait le rendre possible. Nous espérons obtenir des financements et une collaboration industrielle pour poursuivre nos travaux.
Date de publication : 5 mai 2021