Contrôler le magnétisme sans fil : une première mondiale

Les appareils électroniques dépendent de la manipulation des propriétés électriques et magnétiques de leurs composants, que ce soit pour le calcul ou le stockage d’informations, entre autres processus. Le contrôle du magnétisme à l’aide de la tension plutôt que des courants électriques est devenu une méthode de contrôle très importante pour améliorer l’efficacité énergétique de nombreux appareils, car les courants chauffent les circuits.

Ces dernières années, de nombreuses recherches ont été menées pour mettre en œuvre des protocoles d’application de tensions pour effectuer ce contrôle, mais toujours par des connexions électriques directement sur les matériaux.

Une équipe de recherche composée de membres du Département de physique de l’UAB et de l’ICMAB, avec la collaboration de l’Institut de microélectronique de Barcelone CNM-CSIC et du synchrotron ALBA, a réussi pour la première fois à modifier les propriétés magnétiques d’une fine couche de nitrure de cobalt (CoN) en appliquant une tension électrique sans l’utilisation de fils.

Pour ce faire, les chercheurs ont placé l’échantillon de matériau magnétique dans un liquide à conductivité ionique et ont appliqué la tension au liquide via deux plaques de platine, sans connecter de fils directement à l’échantillon. Cela a généré un champ électrique induit qui a provoqué la sortie des ions azote du CoN et a provoqué l’apparition du magnétisme dans l’échantillon, qui est passé de non magnétique à magnétique.

Des applications potentielles dans divers domaines

Les propriétés magnétiques induites peuvent être modulées en fonction de la tension appliquée et du temps d’action, ainsi que de l’agencement de l’échantillon, et des changements temporaires ou permanents du magnétisme peuvent également être effectués, en fonction de l’orientation de l’échantillon par rapport au champ électrique imposé.

« Être capable de contrôler sans fil le magnétisme d’un échantillon en modifiant la tension représente un changement de paradigme dans ce domaine de recherche », explique Jordi Sort, chercheur ICREA au Département de physique de l’UAB. « C’est une découverte qui pourrait avoir des applications dans un large éventail de domaines, comme la biomédecine, pour contrôler les propriétés magnétiques des nanorobots sans fils, ou dans l’informatique sans fil, pour écrire et effacer des informations dans les mémoires magnétiques avec tension mais sans câblage. »

En synthèse

La méthodologie présentée par les chercheurs pour réaliser le contrôle magnétique sans fil n’est pas exclusive au matériau utilisé dans les expériences, le nitrure de cobalt.

Pour la chercheuse de l’ICMAB, Nieves Casañ-Pastor, « ces protocoles peuvent être extrapolés à d’autres matériaux pour contrôler d’autres propriétés physiques sans fil, comme la supraconductivité, le contrôle des memristors, la catalyse ou les transitions entre isolant et métal, ainsi que les électrodes sans fil pour l’électrostimulation neuronale, pour citer quelques exemples qui peuvent élargir le champ d’application et l’impact technologique de cette recherche ».

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que le contrôle du magnétisme par tension ?

Le contrôle du magnétisme par tension est une méthode qui permet de manipuler les propriétés magnétiques des composants électroniques en utilisant une tension électrique plutôt que des courants électriques. Cette méthode est particulièrement importante pour améliorer l’efficacité énergétique des appareils électroniques, car les courants électriques ont tendance à chauffer les circuits.

Comment cette nouvelle approche a-t-elle été mise en œuvre ?

Une équipe de recherche a réussi à modifier les propriétés magnétiques d’une fine couche de nitrure de cobalt (CoN) en appliquant une tension électrique sans l’utilisation de fils. Pour ce faire, ils ont placé l’échantillon de matériau magnétique dans un liquide à conductivité ionique et ont appliqué la tension au liquide via deux plaques de platine, sans connecter de fils directement à l’échantillon.

Quelles sont les applications potentielles de cette découverte ?

Cette découverte pourrait avoir des applications dans divers domaines, comme la biomédecine pour contrôler les propriétés magnétiques des nanorobots sans fils, ou dans l’informatique sans fil, pour écrire et effacer des informations dans les mémoires magnétiques avec tension mais sans câblage.

Est-ce que cette méthode est exclusive au nitrure de cobalt ?

Non, la méthodologie présentée par les chercheurs pour réaliser le contrôle magnétique sans fil n’est pas exclusive au nitrure de cobalt. Ces protocoles peuvent être extrapolés à d’autres matériaux pour contrôler d’autres propriétés physiques sans fil.

Quels sont les autres domaines d’application potentiels de cette recherche ?

Ces protocoles pourraient être utilisés pour contrôler d’autres propriétés physiques sans fil, comme la supraconductivité, le contrôle des memristors, la catalyse ou les transitions entre isolant et métal, ainsi que les électrodes sans fil pour l’électrostimulation neuronale.

Source : Département de physique de l’UAB, ICMAB, Institut de microélectronique de Barcelone CNM-CSIC, Synchrotron ALBA

Zheng Ma, Laura Fuentes-Rodriguez, Zhengwei Tan, EvaPellicer, Llibertat Abad, Javier Herrero-Martín, Enric Menéndez, Nieves Casañ-Pastor, Jordi Sort. Wireless magneto-ionics: voltage control of magnetism by bipolar electrochemistry. Nature Communications. https://doi.org/10.1038/s41467-023-42206-5