“Forces quantiques pour l’efficacité des dispositifs”
Dans le paysage numérique en constante évolution d’aujourd’hui, le besoin de plus grande capacité de stockage, d’efficacité et de puissance de calcul continue d’augmenter. Pour répondre à ces besoins, les chercheurs explorent la spintronique, un domaine innovant qui pourrait transformer l’électronique moderne. Contrairement à l’électronique conventionnelle, qui repose uniquement sur la charge électrique des électrons, la spintronique exploite à la fois la charge et le spin. En codant les valeurs binaires—”haut” pour 1 et “bas” pour 0—dans le spin d’un électron, les dispositifs spintroniques peuvent offrir des performances plus rapides et une efficacité énergétique supérieure.
Comprendre la base quantique de la spintronique
Pour exploiter pleinement le potentiel de la spintronique, les scientifiques doivent approfondir les propriétés quantiques des matériaux. Un élément clé de cette démarche est le couple de spin, qui permet aux courants électriques de contrôler la magnétisation. Cette fonction est essentielle pour faire progresser les technologies de stockage et de traitement des données de prochaine génération.
Dans une étude publiée dans Nature Nanotechnology le 15 janvier 2025, des chercheurs de l’Université de l’Utah et de l’Université de Californie à Irvine ont dévoilé un nouveau couple spin-orbite appelé le couple Hall anormal. Ce phénomène permet de manipuler le spin et la magnétisation grâce aux courants électriques.
“Cette découverte introduit une physique entièrement nouvelle avec des applications passionnantes”, a déclaré Eric Montoya, auteur principal et professeur adjoint de physique à l’Université de l’Utah. “Ces spin-torques auto-générés sont idéaux pour des systèmes émergents comme l’informatique neuromorphique, qui imitent les réseaux du cerveau humain.”
Explorer le spin et la symétrie
Les électrons présentent de minuscules champs magnétiques et des spins dipolaires—”haut” ou “bas”, similaires aux pôles magnétiques de la Terre. Le couple d’orientation du spin fait référence à la vitesse à laquelle les électrons tournent autour d’un point fixe. Dans certains matériaux, les courants électriques trient les électrons en fonction de leur orientation de spin. Cette symétrie du spin, ou distribution, influence les propriétés magnétiques et le comportement du matériau.
Le couple Hall anormal est lié à l’effet Hall anormal, identifié pour la première fois en 1881, où les électrons se diffusent de manière asymétrique dans des matériaux magnétiques, produisant un courant de charge perpendiculaire. En spintronique, un processus similaire se produit : l’application d’un courant électrique crée un courant de spin perpendiculaire au courant de charge, alignant le spin avec la magnétisation.
“Tout se résume à la symétrie”, a expliqué Montoya. “Nous pouvons ajuster finement ces propriétés dans les matériaux pour contrôler efficacement l’orientation du spin, permettant de nouvelles fonctionnalités pour les dispositifs.”
Le cadre universel du couple Hall
Le couple Hall anormal, faisant partie des “couples Hall universels”, fait progresser la spintronique en permettant des conceptions de dispositifs plus simples.
Les chercheurs ont créé un oscillateur à couple de spin qui imite les fonctions des neurones mais fonctionne plus rapidement et est plus petit. “Notre prochaine étape est de construire des réseaux pour des tâches neuromorphiques comme la reconnaissance d’images”, a déclaré Krivorotov.
Cette avancée ouvre la voie à de futures technologies.
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