Une équipe de recherche a fait un grand pas en avant dans le domaine de la spintronique, une technologie qui utilise non seulement la charge mais également le spin des électrons pour créer des appareils électroniques plus rapides, plus intelligents et plus économes en énergie. Leur découverte pourrait ouvrir la voie à la prochaine génération de puces mémoire combinant haute vitesse et faible consommation d’énergie.
Dans la mémoire spintronique, les informations sont stockées dans de minuscules régions magnétiques appelées domaines magnétiques. Un domaine magnétique avec ses moments magnétiques pointant vers le haut représente un « 1 », tandis qu'un domaine magnétique pointant vers le bas représente un « 0 ». Les données peuvent être lues ou écrites en déplaçant ces domaines avec un courant électrique.
Les frontières entre eux, appelées murs de domaines, jouent un rôle crucial, car déplacer des domaines signifie déplacer ces murs. Réaliser un mouvement rapide et efficace des parois de domaines est essentiel pour développer des mémoires avancées telles que les registres à décalage magnétiques et les mémoires magnétiques à accès aléatoire (MRAM) à trois bornes.
Les chercheurs se sont concentrés sur un film mince antiferromagnétique artificiel composé de couches de cobalt (Co), d'iridium (Ir) et de platine (Pt). Cette structure soigneusement conçue, dans laquelle deux couches de Co sont séparées par une couche d’Ir et prises en sandwich entre des couches de Pt, permet d’aligner les deux couches de Co dans des directions opposées – un arrangement connu sous le nom de couplage antiferromagnétique. Les couches de platine contribuent au mouvement du matériau grâce à un phénomène appelé effet Hall de spin, qui génère des flux de spins électroniques qui poussent sur les moments magnétiques dans les couches de Co.
À première vue, il pourrait sembler que les spins générés par les couches supérieure et inférieure de Pt s’annulent car ils ont des orientations opposées. Cependant, l’équipe a découvert que ces forces opposées se combinent d’une manière unique, travaillant ensemble pour déplacer les murs du domaine au lieu de les arrêter. Ce mécanisme à double couple a été confirmé par des expériences et des simulations numériques, marquant la première démonstration de ce type de mouvement entraîné par rotation dans un tel matériau.
Les chercheurs sont allés plus loin en introduisant un subtil gradient dans l’épaisseur des couches de Co, brisant la symétrie de la structure. Cela a créé un champ magnétique efficace supplémentaire qui a rendu encore plus facile le déplacement des murs du domaine. À mesure que ce champ augmentait, moins de courant était nécessaire pour entraîner le mouvement et les murs se déplaçaient plus rapidement, permettant un traitement plus efficace des informations.
Les résultats ouvrent de nouvelles possibilités pour les dispositifs de mémoire spintronique à haute vitesse et économes en énergie. Des technologies telles que la mémoire à paroi de domaine magnétique et la MRAM à trois terminaux, qui utilisent ce type de mouvement de paroi de domaine, pourraient jouer un rôle clé dans l'infrastructure numérique qui prend en charge l'intelligence artificielle et l'Internet des objets.
« Nos résultats montrent une nouvelle façon de contrôler le mouvement des parois du domaine en utilisant des couples de spin combinés dans un antiferromagnétique artificiel », a déclaré l'équipe de recherche. « Cette découverte pourrait nous rapprocher de la création de dispositifs spintroniques de nouvelle génération, plus rapides et consommant beaucoup moins d'énergie que l'électronique d'aujourd'hui », a déclaré Takeshi Seki, professeur à l'Institut de recherche sur les matériaux de l'Université de Tohoku et co-auteur de l'article publié dans la revue. Science avancée le 17 octobre 2025.
Alors que la spintronique s'appuie traditionnellement sur des matériaux ferromagnétiques, la spintronique antiferromagnétique apparaît désormais comme une frontière prometteuse, offrant le potentiel d'une plus grande miniaturisation et de vitesses de fonctionnement plus élevées. La démonstration par l'équipe du mouvement de paroi de domaine induit par le courant dans une structure antiferromagnétique artificielle marque une étape importante vers cet objectif.
À l’avenir, ils visent à affiner les champs magnétiques efficaces qui contrôlent ce mouvement, débloquant ainsi des performances encore plus élevées et faisant entrer la technologie spintronique dans une nouvelle ère.
