Révolution du stockage de données : nanostructures magnétiques de nouvelle génération avec capes d'invisibilité

• Des chercheurs ont conçu des nanostructures magnétiques avec une cape d'invisibilité.
• La haute vitesse de minuscules structures de bits magnétiques peut être atteinte en ajustant soigneusement la force de la cape d'invisibilité.

Pour le stockage de données à l'état solide à haute performance et les applications logiques, les chercheurs se concentrent sur les dispositifs à base de spin. L'une des approches prometteuses consiste à encoder les bits par de petits skyrmions ou parois de domaine, qui peuvent être déplacés par des courants dans des dispositifs de type « race track » (piste de course).

Pour les physiciens, le magnétisme est principalement lié aux mouvements de rotation des électrons dans les atomes. Les électrons orbitent autour du noyau et tournent autour de leur propre axe. Ce mouvement produit un moment magnétique de l'atome.

Le champ magnétique parasite correspondant à ce moment magnétique est utilisé pour extraire/lire les données stockées magnétiquement depuis un dispositif. Dans les disques durs existants, la taille d'un bit magnétique atteint jusqu'à 15*45 nanomètres, soit environ 1 billion de bits pouvant être placés sur un timbre.

Pour stocker des bits magnétiquement à un emplacement fixe dans la puce et les extraire plus tard, il est nécessaire de transférer les bits magnétiques d'avant en arrière dans la puce par des impulsions de courant. Le problème est que le champ magnétique parasite empêche les bits d'être rendus plus petits pour un empaquetage plus dense des données. De plus, le moment magnétique associé au champ parasite doit être capable de déplacer les structures.

La cape d'invisibilité de l'atome

Dans cette étude, les chercheurs ont réussi à placer une « cape invisible » sur des nanostructures magnétiques et ont analysé à quelle vitesse et à quelle taille ces bits peuvent réellement aller. Pour ce faire, ils ont fusionné des atomes d'éléments différents dont les électrons tournent dans le sens inverse et ont donc des moments magnétiques opposés.

Cela a annulé (ou dans certains cas réduit) le champ magnétique parasite, cependant chaque atome dans la nanostructure porte toujours un moment magnétique : ensemble, ces atomes apparaissent camouflés.

Référence : Nature Nanotechnology | doi:10.1038/s41565-018-0255-3 | Institut Max Born

Malgré le camouflage, les chercheurs ont imagé les minuscules structures par holographie aux rayons X. En rendant sélectivement visibles les moments magnétiques d'une seule espèce atomique, ils ont enregistré l'image de la structure malgré la cape d'invisibilité.

Ordre ferromagnétique (FM) et antiferromagnétique (AFM) entre moments atomiques voisins | Avec l'aimable autorisation des chercheurs

Applications pour le stockage de données

En configurant soigneusement la puissance de la cape d'invisibilité, il est possible d'atteindre deux objectifs simultanément.

La taille des structures magnétiques circulaires est très petite : le rayon de la plus petite structure était de seulement 5 nanomètres. À l'avenir, si ces structures pouvaient être adoptées dans des dispositifs de stockage de données, leur capacité augmenterait considérablement.

Des investigations plus approfondies ont révélé que les bits camouflés peuvent voyager très rapidement par de courtes impulsions de courant – l'un des paramètres cruciaux pour une utilisation réelle dans les dispositifs de mémoire. Les chercheurs ont mentionné qu'elle atteignait une vitesse supérieure à 1 km/s.

L'orbite de l'électron autour du noyau ainsi que le spin de l'électron autour de son propre axe contribuent différemment au moment magnétique : l'effet du spin propre de l'électron est deux fois plus grand que l'effet de son orbite.

On peut combiner différents types d'atomes avec différentes directions de rotation des électrons pour annuler la rotation globale. Le moment angulaire du système serait constant, tandis que le système conserverait encore une petite quantité de moment magnétique.

À lire : Stockage de données avec la plus haute densité possible de nanomagnets

Puisque le moment angulaire ralentit les structures magnétiques en mouvement via des impulsions de courant, la technique peut être utilisée pour obtenir des mouvements à haute vitesse. Par conséquent, si la force de la cape d'invisibilité est correctement configurée, on peut obtenir à la fois des structures de bits magnétiques de haute vitesse et de taille minuscule – un aspect intrigant des nouveaux concepts de stockage magnétique de données.