Les scientifiques ont transformé un défi de longue date de l'électronique – des défauts de matériaux – dans une solution quantique, ouvrant la voie à des dispositifs spintroniques ultra-faibles à ultra-faiblesse. Spintronics, abréviation de « Spin Electronics », est un domaine de la technologie qui vise à dépasser les limites de l'électronique conventionnelle.
Les appareils traditionnels ne s'appuient que sur la charge électrique des électrons pour stocker et traiter les informations. La spintronique tire parti de deux propriétés quantiques supplémentaires: le moment angulaire de spin, qui peut être imaginé comme une orientation « up » ou « intégrée » de l'électron et un moment angulaire orbital, qui décrit comment les électrons se déplacent autour des noyaux atomiques.
En utilisant ces degrés de liberté supplémentaires, les appareils spinstronic peuvent stocker plus de données dans des espaces plus petits, fonctionner plus rapidement, consommer moins d'énergie et conserver des informations même lorsque l'alimentation est éteinte.
Un défi de longue date de Spintronics a été le rôle des défauts matériels. L'introduction d'imperfections dans un matériau peut parfois faciliter la « rédaction » des données dans les bits de mémoire en réduisant le courant nécessaire, mais cela a généralement un coût: la résistance électrique augmente, la conductivité du hall de spin et la consommation globale de puissance augmente. Ce compromis a été un obstacle majeur au développement de dispositifs spintroniques ultra-lobes.
Désormais, le groupe flexible des matériaux et des appareils magnétiques-électroniques du Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) de l'Académie chinoise des sciences a trouvé un moyen de transformer ce problème en avantage. Leur étude, publiée dans Matériaux de la natureaxé sur l'effet de la salle orbitale dans le ruthénate de strontium (SRRUO3), un oxyde de métal de transition dont les propriétés peuvent être finement réglées. Ce phénomène quantique fait bouger les électrons d'une manière déterminée par leur moment angulaire orbital.
En utilisant des dispositifs sur mesure et des techniques de mesure de précision, les chercheurs ont découvert une loi d'échelle non conventionnelle qui atteint un résultat « deux oiseaux avec une pierre »: l'ingénierie des défauts augmente simultanément la conductivité de la salle orbitale et l'angle de la salle orbitale, un contraste frappant avec les systèmes conventionnels basés sur le spin.
Pour expliquer cette constatation, l'équipe l'a liée au mécanisme de relaxation orbitale de type Dyakonov-Perrel. « Les processus de diffusion qui dégradent généralement les performances étendent en fait la durée de vie du moment angulaire orbital, améliorant ainsi le courant orbital », a déclaré le Dr Zheng Xuan, co-premier auteur de l'étude.
« Ce travail réécrit essentiellement le livre de règles pour la conception de ces appareils », a déclaré le professeur Wang Zhiming, auteur correspondant de l'étude. « Au lieu de combattre les imperfections matérielles, nous pouvons maintenant les exploiter. »
Les mesures expérimentales confirment le potentiel de la technologie: la modulation de conductivité sur mesure a produit une amélioration triple de l'efficacité énergétique de commutation.
Cette étude fournit non seulement de nouvelles informations sur la physique des transports orbitaux, mais redéfinit également les stratégies de conception de la spintronique économe en énergie.
