« Ce n’est que le début » : des scientifiques découvrent un nouveau type de magnétisme prometteur pour décupler la mémoire des ordinateurs

Les chercheurs du MIT viennent de faire une découverte majeure dans le domaine du magnétisme, en mettant en évidence une nouvelle forme de magnétisme, baptisée « p-wave magnetism ». Cette avancée pourrait révolutionner la conception des puces mémoire « spintroniques », capables d’augmenter la vitesse et l’efficacité énergétique des ordinateurs de manière spectaculaire. En combinant les caractéristiques du ferromagnétisme et de l’antiferromagnétisme, ce phénomène promet de transformer nos technologies numériques.

Comprendre le magnétisme

Le ferromagnétisme et l’antiferromagnétisme sont deux comportements magnétiques bien connus. Le premier est caractérisé par l’alignement des spins électroniques dans une même direction, générant un champ magnétique fort et unifié. C’est ce qui explique le fonctionnement des aimants du quotidien, comme ceux des boussoles ou des réfrigérateurs. En revanche, l’antiferromagnétisme se manifeste par des spins alternés qui s’annulent à grande échelle. Cette neutralisation magnétique est invisible à l’œil nu.

C’est en travaillant sur un matériau synthétisé en laboratoire, le nickel iodide (NiI₂), que les chercheurs du MIT ont découvert le p-wave magnetism. Dans ce matériau, les électrons préfèrent une orientation de spin particulière, semblable à celle des ferromagnétiques, tout en étant équilibrés par des spins opposés, comme dans l’antiferromagnétisme. Ce qui est fascinant, c’est que les spins s’organisent en spirales inversées, permettant aux électrons de changer de direction sous l’effet d’un faible champ électrique.

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Des années de progrès

Cette découverte est le fruit de longues années de recherche. Riccardo Comin, un des collaborateurs de l’étude, avait déjà étudié les propriétés magnétiques du nickel iodide en 2022. À cette époque, il avait observé des motifs de spin en spirale dans les atomes de nickel au sein d’une structure en treillis triangulaire, séparés par de l’iode non magnétique. Bien que les spins inversés aient été identifiés, l’idée de la manipulation précise des spins n’avait pas encore été envisagée.

C’est à partir de travaux théoriques, proposés par le chercheur Rafael Fernandes, que l’idée d’un état magnétique p-wave est née. Fernandes et ses collègues ont vu le potentiel de réaliser cet état en appliquant un champ électrique pour manipuler la configuration des spins. Riccardo Comin explique : « C’était une idée complètement nouvelle à l’époque, et nous avons décidé de la tester expérimentalement car nous avons réalisé que le nickel iodide était un bon candidat pour montrer cet effet de magnétisme p-wave. »

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Expérimentation du magnétisme p-wave

Pour tester le comportement p-wave, les chercheurs ont synthétisé des flocons monocristallins de nickel iodide. Ils ont déposé des éléments en poudre sur un substrat cristallin et les ont cuits dans un four à haute température. Les atomes se sont alors organisés en treillis triangulaire nécessaire. Une fois les échantillons obtenus, ils ont exfolié le matériau pour obtenir de petits flocons, de quelques microns de large et de quelques dizaines de nanomètres d’épaisseur.

Ils ont ensuite exposé le matériau à un faisceau de lumière polarisée pour vérifier si les motifs de spin en spirale entraînaient des spins inversés. Les spins des atomes de nickel ont correspondu à la polarisation du faisceau, confirmant la résonance attendue. En appliquant un champ électrique aligné avec la direction de la spirale des spins, les électrons ont répondu en tournant à l’unisson, produisant un courant polarisé.

Vers la concrétisation de la spintronique

Actuellement, l’effet de magnétisme p-wave ne se produit qu’à des températures extrêmement basses, autour de 60 kelvins, ce qui le rend peu pratique pour des applications réelles. Cependant, l’équipe se concentre désormais sur la recherche de matériaux présentant des propriétés similaires à température ambiante, étape cruciale pour la réalisation de dispositifs spintroniques viables.

« Avec un tel courant de spin, vous pouvez faire des choses intéressantes au niveau du dispositif, par exemple, inverser des domaines magnétiques qui peuvent être utilisés pour le contrôle d’un bit magnétique, » explique Comin. Ces effets spintroniques sont plus efficaces que l’électronique conventionnelle car ils ne déplacent que les spins, évitant ainsi les effets de dissipation qui génèrent de la chaleur.

La découverte du magnétisme p-wave ouvre de nouvelles perspectives pour le développement de dispositifs électroniques plus performants et moins gourmands en énergie. Alors que les chercheurs s’efforcent de rendre cette technologie viable à température ambiante, quelles autres avancées pourraient encore émerger de cette fascinante interaction entre science fondamentale et innovation technologique ?