Les progrès de la spintrronique ont conduit à l'utilisation pratique de la mémoire d'accès aléatoire magnétoresistif (MRAM), une technologie de mémoire non volatile qui prend en charge les circuits intégrés à semi-conducteurs économes en énergie.
Récemment, les antiferromagnets – matériaux magnétiques sans aimantation nette – ont attiré l'attention croissante en tant que compléments prometteurs des ferromagnets conventionnels. Bien que leurs propriétés aient été largement étudiées, des démonstrations claires de leurs avantages technologiques sont restées insaisissables.
Désormais, des chercheurs de l'Université de Tohoku, du National Institute for Materials Science (NIMS) et de la Japan Atomic Energy Agency (JAEA) ont fourni les premières preuves convaincantes des avantages uniques des antiferromagnets.
Leur étude montre que les antiferromagnets permettent des opérations de mémoire à grande vitesse et à haute efficacité dans la gamme Gigahertz, surpassant leurs homologues ferromagnétiques. Les résultats ont été publiés dans la revue Science.
L'équipe a utilisé le MN chiral antiferromagnet3Sn, dont les spins forment un arrangement non colline, comme le support pour rédiger des informations numériques. Ils ont fabriqué un MN à l'échelle nanométrique3Dispositif SN DOT et a induit avec succès une rotation cohérente de sa texture antiferromagnétique à l'aide de courants électriques. Cela a permis un contrôle rapide et à haute fidélité de la commande de spin.
Le système a réalisé une commutation efficace avec des impulsions de courant de 0,1-nanoseconde – plus profondes que n'importe quel dispositif ferromagnétique – tout en ne nécessitant aucun champ magnétique externe. Remarquablement, l'appareil a démontré 1 000 cycles de commutation sans erreur, un niveau de fiabilité impossible dans les ferromagnets.
« La réalisation de 1 000 changements sur 1 000 essais avec une impulsion de courant de 0,1 nanoseconde à zéro champ magnétique a été inaccessible pour les ferromagnets – mais se révèle ne pas être le cas pour les antiferromagnets », a déclaré Yutaro Takeuchi, l'auteur principal du journal.
« Cet avantage antiferromagnétique découle d'une différence qualitative dans leur dynamique de commutation », a expliqué Yuta Yamane, qui a dirigé la modélisation théorique.
« Dans les ferromagnets conventionnels, la magnétisation subit un mouvement précessionnel tridimensionnel. En revanche, la commutation antiferromagnétique est achevée par rotation bidimensionnelle de la structure de spin chirale avec une masse inertielle efficace – un facteur clé non observé dans les ferromagnets. »
Shunsuke Fukami, le superviseur du projet, a souligné: « Les chercheurs avaient montré ces dernières années que les antiferromagnets peuvent faire ce que les ferromagnets peuvent faire. Notre travail, pour la première fois, montre que les antiferromagnets peuvent faire ce que les ferromagnets ne peuvent pas faire. »
Ces résultats marquent une étape significative vers la technologie de dispositif semi-conducteur de nouvelle génération alimenté par des antiferromagnets.
En déverrouillant une commutation ultra-rapide et économe en énergie sans champs externes, la recherche ouvre de nouvelles voies pour les dispositifs de mémoire et de logique basés sur la spintronique, faisant avancer la poursuite de l'électronique à haute performance et basse puissance.
