Comme le monde numérique exige un plus grand stockage de données et des temps d'accès plus rapides, les technologies de mémoire magnétique sont devenues une frontière prometteuse. Cependant, les dispositifs de mémoire magnétique conventionnels ont une limitation inhérente: ils utilisent des courants électriques pour générer les champs magnétiques nécessaires pour inverser la magnétisation stockée, entraînant des pertes d'énergie sous forme de chaleur.
Cette inefficacité a poussé les chercheurs à explorer des approches qui pourraient réduire davantage la consommation d'énergie dans les souvenirs magnétiques tout en conservant ou même en améliorant leurs performances.
Les matériaux multiferroïques, qui présentent à la fois des propriétés ferroélectriques et ferromagnétiques, ont longtemps été considérées comme des changeurs de jeu potentiels pour les dispositifs de mémoire de nouvelle génération.
Idéalement, la magnétisation dans ces matériaux serait couplée aux champs électriques plutôt qu'aux courants, fournissant un moyen d'éliminer les pertes d'énergie associées à l'inversion de la magnétisation.
Malheureusement, les progrès dans ce domaine ont été limités par l'hypothèse que la direction d'un champ électrique appliqué doit s'aligner sur la direction d'inversion de l'aimantation pour un fonctionnement efficace de l'appareil.
Dans ce contexte, une équipe de recherche dirigée par le professeur adjoint Kei Shigematsu et le professeur agrégé spécialement nommé Hena Das, en collaboration avec l'étudiant diplômé Takuma Itoh et le professeur Masaki Azuma de l'Institut des sciences Tokyo, Japon, et Sumitomo Chemical Co. Ltd., a fait une percée importante dans les matériaux multiféroïques.
Leur étude, publiée en ligne dans Matériaux avancés démontré pour la première fois que les composants de magnétisation perpendiculaires à un champ électrique appliqué peuvent être inversés dans des films minces monocristallins de Bife0.9Co0.1O3—Un matériau multiferroïque rare qui présente le ferromagnétisme couplé et la ferroélectricité à température ambiante.
L'équipe de recherche a réalisé cette percée en croissant0.9Co0.1O3 CHILS CILM dans une orientation cristallographique non conventionnelle.
En utilisant à la fois des calculs théoriques et une vérification expérimentale, ils ont démontré qu'un champ électrique appliqué parallèle à la surface du film peut induire une inversion de magnétisation perpendiculaire. Ce phénomène indique que l'angle de commutation de polarisation joue un rôle crucial dans la détermination de la direction de l'inversion de l'aimantation.
Dans leur rapport précédent, les conceptions de mémoire multiferroïque supposaient que les champs électriques et l'inversion de l'aimantation devaient s'aligner le long du même axe.
En contestant cette notion, cette étude ouvre de nouvelles possibilités pour les architectures de dispositifs dans lesquelles les électrodes pour la commutation de polarisation et les capteurs pour détecter l'inversion de l'aimantation peuvent être positionnées plus flexiblement.
« Une telle flexibilité de conception pourrait conduire à une utilisation plus efficace des propriétés uniques de la Bife0.9Co0.1O3améliorant potentiellement les performances de l'appareil « , explique Shigematsu.
« De plus, dans la technologie de la mémoire, une densité d'intégration plus élevée est cruciale et une flexibilité accrue de conception soutient directement cet objectif. »
Notamment, des densités d'intégration plus élevées dans les dispositifs de mémoire pourraient finalement conduire à des ordinateurs et des appareils électroniques qui consomment beaucoup moins de puissance tout en offrant des performances et une capacité de stockage améliorées.
« Nous prévoyons cette percée pour faire progresser considérablement le développement de dispositifs de mémoire magnétique de nouvelle génération, contribuant à la réalisation de souvenirs à haute performance et ultra-denses », a déclaré Shigematsu.
À mesure que les demandes d'énergie mondiales continuent de l'augmentation et que les appareils électroniques deviennent de plus en plus omniprésents, les percées qui améliorent l'utilisation de l'espace et l'efficacité énergétique sont vitales.
Cette recherche représente une étape importante vers la réalisation du plein potentiel des matériaux multiferroïques, contribuant à créer des technologies numériques plus puissantes mais durables.
