Les appareils Spintronics seront essentiels pour réaliser des ordinateurs plus rapides et plus économes en énergie. Pour nous donner une meilleure compréhension de la façon de les fabriquer, une équipe de l'Université de Kobe a maintenant montré comment différentes techniques de fabrication influencent les propriétés matérielles d'un composant clé.
Les appareils électroniques pourraient être rendus plus efficaces et plus rapides si les électrons pouvaient transporter plus d'informations à la fois. C'est l'idée de base derrière Spintronics, où les chercheurs essaient d'utiliser le spin des électrons en plus de charger dans les dispositifs de stockage, de traitement et de capteurs de données pour améliorer considérablement nos ordinateurs.
Un composant pour ces appareils est la «jonction du tunnel magnétique», qui peut être utilisée, par exemple, pour un comportement de type neurone dans le traitement de l'information ou dans un nouveau type de mémoire rapide et non volatile. Ils se composent de deux ferromagnets, généralement un alliage nickel-fer, prenant en sandwich une fine couche isolante telle que le graphène.
L'ingénieur électronique de l'Université de Kobe Ono Tomoya dit: « Le problème est que nous savons très peu comment l'interface entre les matériaux se comporte, il existe donc de nombreuses inconnues dans la façon de produire ces appareils. »
Ono et son équipe ont réalisé que la façon dont ces matériaux sont produits modifient probablement la structure électronique de l'interface.
Étant des experts dans les calculs de premier principe, c'est-à-dire en calculant les propriétés des matériaux en fonction du comportement de ses électrons, ils ont étudié, premièrement, comment le métal et l'isolateur s'aligneraient sur une échelle atomique en fonction de la technique de production; et deuxièmement, comment cela influencerait les propriétés magnétiques à l'interface qui sont pertinentes pour les applications Spintronics.
Pour une partie de leurs calculs, ils ont utilisé le supercalculateur Riken Fugaku basé à Kobe, qui était le supercalculateur le plus rapide du monde jusqu'en 2022.
Dans le Journal of Applied Physicsl'équipe de l'Université de Kobe a publié ses résultats. Ils montrent que la surface du ferromagnet est différente lorsque l'isolateur y est transféré par rapport au lorsque le cristal ferromagnétique est cultivé sur un flocon de l'isolateur.
Plus précisément, un aimant en nickel-fer en vrac, sur lequel le graphène peut être transféré, a généralement plus de nickel à sa surface, tandis qu'un aimant cultivé sur un flocon de graphène comportera une couche de fer. Cela fait une différence pour le comportement d'une jonction de tunnel magnétique, qu'il s'agisse de capteurs ou de dispositifs de stockage.
La raison pour laquelle ces deux situations diffèrent réside dans la façon dont les électrons des atomes de carbone de l'isolateur interagissent avec les électrons des atomes métalliques.
« À l'interface entre le nickel-fer et le graphène que nous avons étudié, les électrons des atomes de fer et les atomes de carbone se mélangent, ou« hybride », comme nous le disons. Les électrons de carbone et de nickel ne le font pas. Cela influence comment la jonction dans son ensemble se comporte», explique Ono.
Les résultats ne ouvrent pas seulement la voie à un meilleur contrôle sur la fabrication de ce composant spécifique. Étant donné que les chercheurs ont trouvé un mécanisme de base régissant la structure de l'interface entre les métaux ferromagnétiques et les matériaux bidimensionnels, ils s'étendent également à d'autres systèmes de matériaux.
Ono dit: « Notre objectif est de développer des jonctions de tunneling magnétique à haute performance fabriquées à partir d'autres matériaux. Nous pensons que nous avons obtenu des résultats fondamentaux et précieux qui feront progresser les études sur tout le domaine. »
