Une étude récente a identifié « l’effet Hall orbital », un phénomène qui pourrait améliorer considérablement le stockage des données dans les futurs appareils informatiques. Cette découverte, impliquant la génération d’électricité par le mouvement orbital des électrons, offre des avancées potentielles dans le domaine de la spintronique, conduisant à des matériaux magnétiques plus efficaces, plus rapides et plus fiables. Crédit : Issues.fr.com
La recherche suggère une nouvelle approche pour améliorer la spintronique, ouvrant la voie aux progrès des technologies futures.
Dans le cadre d’une nouvelle avancée, les chercheurs ont utilisé une nouvelle technique pour confirmer un phénomène physique jusqu’alors non détecté qui pourrait être utilisé pour améliorer le stockage de données dans la prochaine génération d’appareils informatiques.
Les mémoires spintroniques, utilisées dans les ordinateurs et les satellites avancés, exploitent les états magnétiques produits par le moment cinétique intrinsèque des électrons pour le stockage et la récupération de données. En fonction de son mouvement physique, le spin d’un électron produit un courant magnétique. Connu sous le nom d’« effet Hall de spin », cet effet a des applications clés pour les matériaux magnétiques dans de nombreux domaines différents, allant de l’électronique de faible puissance à la mécanique quantique fondamentale.
Plus récemment, des scientifiques ont découvert que les électrons sont également capables de produire de l’électricité grâce à un deuxième type de mouvement : le moment cinétique orbital, semblable à la façon dont la Terre tourne autour du soleil. C’est ce qu’on appelle « l’effet Hall orbital », a déclaré Roland Kawakami, co-auteur de l’étude et professeur de physique à l’Ohio State University.
Une méthode pour observer l’effet Hall orbital
Les théoriciens ont prédit qu’en utilisant des métaux de transition légers – des matériaux qui ont de faibles courants Hall de spin – les courants magnétiques générés par l’effet Hall orbital seraient plus faciles à repérer circulant à leurs côtés. Jusqu’à présent, détecter directement une telle chose représentait un défi, mais l’étude, dirigée par Igor Lyalin, étudiant diplômé en physique, et publiée dans la revue Lettres d’examen physiquea montré une méthode pour observer l’effet.
« Au fil des décennies, divers effets Hall ont été continuellement découverts », a déclaré Kawakami. « Mais l’idée de ces courants orbitaux est vraiment nouvelle. La difficulté est qu’ils sont mélangés aux courants de spin des métaux lourds typiques et qu’il est difficile de les distinguer.
Au lieu de cela, l’équipe de Kawakami a démontré l’effet Hall orbital en réfléchissant la lumière polarisée, dans ce cas, un laser, sur divers films minces de chrome, un métal léger, afin de sonder les atomes du métal pour détecter une éventuelle accumulation de moment cinétique orbital. Après près d’un an de mesures minutieuses, les chercheurs ont pu détecter un signal magnéto-optique clair qui montrait que les électrons rassemblés à une extrémité du film présentaient de fortes caractéristiques d’effet Hall orbital.
Implications pour les futures applications de spintronique
Cette détection réussie pourrait avoir d’énormes conséquences pour les futures applications de spintronique, a déclaré Kawakami.
« Le concept de spintronique existe depuis environ 25 ans et, même s’il s’est avéré très efficace pour diverses applications de mémoire, les gens essaient désormais d’aller plus loin », a-t-il déclaré. « Aujourd’hui, l’un des principaux objectifs du secteur est de réduire la quantité d’énergie consommée, car c’est le facteur limitant pour améliorer les performances. »
Réduire la quantité totale d’énergie nécessaire au bon fonctionnement des futurs matériaux magnétiques pourrait potentiellement permettre une consommation d’énergie inférieure, des vitesses plus élevées et une fiabilité plus élevée, ainsi que contribuer à prolonger la durée de vie de la technologie. L’utilisation de courants orbitaux au lieu de courants de spin pourrait éventuellement permettre d’économiser du temps et de l’argent à long terme, a déclaré Kawakami.
Notant que cette recherche ouvre la voie à la découverte de la manière dont ces phénomènes physiques étranges se produisent dans d’autres types de métaux, les chercheurs déclarent vouloir continuer à approfondir le lien complexe entre les effets Hall de spin et les effets Hall orbitaux.
Les co-auteurs étaient Sanaz Alikhah et Peter M. Oppeneer de l’Université d’Uppsala et Marco Berritta de l’Université d’Uppsala et de l’Université d’Exeter. Ce travail a été soutenu par la National Science Foundation, le Conseil suédois de la recherche, l’Infrastructure nationale suédoise pour l’informatique et la Fondation K. et A. Wallenberg.
