Des chercheurs du CRANN (Centre de recherche sur les nanostructures et nanodispositifs adaptatifs) 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 changer puis re-changer l'orientation magnétique de leur matériau en billionièmes de seconde, six fois plus rapide que le record précédent et cent fois plus rapide que la vitesse d'horloge de un ordinateur personnel.
Cette découverte démontre le potentiel de ce matériau pour une nouvelle génération d’ordinateurs ultra-rapides et de systèmes de stockage de données économes en énergie.
Les chercheurs ont atteint leurs vitesses de commutation sans précédent dans un alliage appelé MRG, synthétisé pour la première fois par le groupe en 2014 à partir de manganèse, de ruthénium et de gallium.Dans l’expérience, l’équipe a frappé des couches minces de MRG avec des éclats de lumière laser rouge, délivrant des mégawatts de puissance en moins d’un milliardième de seconde.
Le transfert de chaleur change l'orientation magnétique du MRG.Il faut un dixième de picoseconde incroyablement rapide pour réaliser ce premier changement (1 ps = un billionième de seconde).Mais plus important encore, l’équipe a découvert qu’elle pouvait inverser l’orientation 10 billionièmes 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 principale revue de physique, Physical Review Letters.
La découverte pourrait ouvrir de nouvelles voies pour l'informatique et les technologies de l'information innovantes, compte tenu de l'importance dematériau magnétiques dans cette industrie.Cachés dans bon nombre de nos appareils électroniques, ainsi que dans les centres de données à grande échelle au cœur d’Internet, des matériaux magnétiques 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 façons économes en énergie de manipuler les données et les matériaux correspondants est une préoccupation de recherche mondiale.
La clé du succès des équipes Trinity était leur capacité à réaliser une commutation ultrarapide sans aucun champ magnétique.La commutation traditionnelle d'un aimant utilise un autre aimant, ce qui a un coût en termes d'énergie et de temps.Avec MRG, la commutation a été réalisée avec une impulsion thermique, en utilisant 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 s ont intrinsèquement de la mémoire qui peut être utilisée pour la logique.Jusqu’à présent, passer d’un état magnétique « 0 logique » à un autre « 1 logique » était trop gourmand en énergie et trop lent.Nos recherches portent sur la vitesse en montrant que nous pouvons faire passer le MRG d'un état à un autre en 0,1 picoseconde et, surtout, qu'un deuxième changement peut suivre seulement 10 picosecondes plus tard, ce qui correspond à une fréquence opérationnelle d'environ 100 gigahertz, soit plus rapide que tout ce qui avait été observé auparavant.
"La découverte met en évidence la capacité particulière de notre MRG à coupler efficacement la lumière et le spin afin que nous puissions contrôler le magnétisme avec la lumière et la lumière avec le magnétisme à des échelles de temps jusqu'ici 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'avons jamais soupçonnait que le matériau avait ce potentiel magnéto-optique remarquable.
« Cette démonstration mènera 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, pour peut-être finalement réaliser un dispositif universel unique doté de fonctionnalités combinées de mémoire et de logique.C'est un défi énorme, mais nous avons montré un matériau qui pourrait le rendre possible.Nous espérons obtenir un financement et une collaboration industrielle pour poursuivre notre travail.
Heure de publication : 05 mai 2021