Les chercheurs ont innové avec une méthode pour manipuler de minuscules états magnétiques dans des aimants de van der Waals 2D, permettant potentiellement la création de dispositifs de mémoire avancés et de nouveaux types d'ordinateurs. Leur avancée permet de contrôler les domaines magnétiques en utilisant un minimum d’énergie, ouvrant ainsi la porte à des technologies informatiques plus rapides et plus efficaces, notamment le développement d’ordinateurs probabilistes qui imitent les connexions neuronales dans le cerveau. Crédit : Issues.fr.com
Des chercheurs de l'Université du Wyoming ont développé une nouvelle méthode pour contrôler les états magnétiques dans les matériaux 2D, promettant des progrès révolutionnaires en matière de technologie informatique et d'efficacité énergétique.
Imaginez un avenir dans lequel les ordinateurs pourront apprendre et prendre des décisions d’une manière qui imite la pensée humaine, mais à une vitesse et une efficacité bien supérieures à la capacité actuelle des ordinateurs.
Percée dans le contrôle magnétique
Une équipe de recherche de l’Université du Wyoming a créé une méthode innovante pour contrôler de minuscules états magnétiques dans des aimants van der Waals ultrafins et bidimensionnels (2D) – un processus similaire à la manière dont le fait d’appuyer sur un interrupteur contrôle une ampoule.
« Notre découverte pourrait conduire à des dispositifs de mémoire avancés qui stockent plus de données et consomment moins d'énergie ou permettre le développement de types entièrement nouveaux d'ordinateurs capables de résoudre rapidement des problèmes actuellement insolubles », explique Jifa Tian, professeur adjoint au département de recherche de l'UW. Physique et astronomie et directeur par intérim du Centre pour la science et l'ingénierie de l'information quantique de l'UW.
Jifa Tian, professeur adjoint au département de physique et d'astronomie de l'Université du Wyoming et directeur par intérim du Centre pour la science et l'ingénierie de l'information quantique de l'UW. Crédit : Université du Wyoming
Tian était l'auteur correspondant d'un article intitulé « Tunneling current-driven spin states in some-layer van der Waals magnets », publié le 1er mai dans Communications naturellesune revue multidisciplinaire en libre accès dédiée à la publication de recherches de haute qualité dans tous les domaines des sciences biologiques, de la santé, physiques, chimiques, de la Terre, sociales, mathématiques, appliquées et de l'ingénierie.
Comprendre les matériaux van der Waals
Les matériaux de Van der Waals sont constitués de couches 2D fortement liées qui sont liées dans la troisième dimension par des forces de Van der Waals plus faibles. Par exemple, le graphite est un matériau de Van der Waals largement utilisé dans l’industrie dans les électrodes, les lubrifiants, les fibres, les échangeurs de chaleur et les batteries. La nature des forces de Van der Waals entre les couches permet aux chercheurs d’utiliser du scotch pour peler les couches jusqu’à obtenir une épaisseur atomique.
L'équipe a développé un dispositif connu sous le nom de jonction tunnel magnétique, qui utilise du triiodure de chrome – un aimant isolant 2D de seulement quelques atomes d'épaisseur – pris en sandwich entre deux couches de matériau. graphène. En envoyant un petit courant électrique – appelé courant tunnel – à travers ce sandwich, la direction de l'orientation de l'aimant des domaines magnétiques (d'une taille d'environ 100 nanomètres) peut être dictée au sein des couches individuelles de triiodure de chrome, explique Tian.
Avancées dans le contrôle de rotation magnétique
Plus précisément, « ce courant tunnel peut non seulement contrôler la direction de commutation entre deux états de spin stables, mais également induire et manipuler la commutation entre les états de spin métastables, appelée commutation stochastique », explique ZhuangEn Fu, étudiant diplômé du laboratoire de recherche de Tian et maintenant chercheur postdoctoral. chercheur à l'Université du Maryland.
« Cette percée n’est pas seulement intrigante ; c'est très pratique. Elle consomme trois ordres de grandeur d'énergie en moins que les méthodes traditionnelles, ce qui s'apparente à l'échange d'une vieille ampoule contre une LED, ce qui en fait un changement potentiel pour la technologie future », explique Tian. « Nos recherches pourraient conduire au développement de nouveaux dispositifs informatiques plus rapides, plus petits, plus économes en énergie et plus puissants que jamais. Notre recherche marque un progrès significatif dans le magnétisme à la limite 2D et ouvre la voie à de nouvelles plates-formes informatiques puissantes, telles que les ordinateurs probabilistes.
Développement d'ordinateurs probabilistes
Les ordinateurs traditionnels utilisent des bits pour stocker les informations sous forme de 0 et de 1. Ce code binaire constitue le fondement de tous les processus informatiques classiques. Les ordinateurs quantiques utilisent des bits quantiques qui peuvent représenter à la fois « 0 » et « 1 », augmentant ainsi la puissance de traitement de manière exponentielle.
« Dans notre travail, nous avons développé ce que vous pourriez considérer comme un bit probabiliste, qui peut basculer entre « 0 » et « 1 » (deux états de spin) en fonction des probabilités contrôlées par le courant tunnel », explique Tian. « Ces bits sont basés sur les propriétés uniques d’aimants 2D ultra-fins et peuvent être reliés entre eux d’une manière similaire aux neurones du cerveau pour former un nouveau type d’ordinateur, appelé ordinateur probabiliste.
Révolutionner l'informatique avec les nouvelles technologies
« Ce qui rend ces nouveaux ordinateurs potentiellement révolutionnaires, c'est leur capacité à gérer des tâches incroyablement difficiles pour les ordinateurs traditionnels et même quantiques, comme certains types d'ordinateurs complexes. apprentissage automatique tâches et problèmes de traitement des données », poursuit Tian. « Ils sont naturellement tolérants aux erreurs, simples dans leur conception et occupent moins d'espace, ce qui pourrait conduire à des technologies informatiques plus efficaces et plus puissantes. »
Hua Chen, professeur agrégé de physique à l'Université d'État du Colorado, et Allan MacDonald, professeur de physique à l'Université du Texas-Austin, ont collaboré pour développer un modèle théorique qui explique comment les courants tunnel influencent les états de spin dans les jonctions tunnel magnétiques 2D. D'autres contributeurs provenaient de la Penn State University, de la Northeastern University et de l'Institut national des sciences des matériaux de Namiki, Tsukuba, au Japon.
L'étude a été financée par des subventions du Département américain de l'énergie ; Wyoming NASA EPSCoR (Programme établi pour stimuler la recherche compétitive); la Fondation nationale de la science ; et la World Premier International Research Center Initiative et le ministère de l'Éducation, de la Culture, des Sports, de la Science et de la Technologie, tous deux au Japon.
