Une équipe de physiciens quantiques a fait une découverte qui pourrait changer la donne dans l’efficacité énergétique. Ils ont démontré qu’il est possible de contrôler et de manipuler les ondes de spin sur une puce à l’aide de supraconducteurs, une première dans le domaine.
Cette avancée pourrait offrir une alternative aux technologies électroniques actuelles, avec des implications potentielles pour l’informatique énergétiquement efficace et la connexion de pièces dans un ordinateur quantique.
Les ondes de spin : une alternative énergétiquement efficace
« Les ondes de spin sont des ondes dans un matériau magnétique que nous pouvons utiliser pour transmettre des informations », explique Michael Borst de l’Université de technologie de Delft, qui a dirigé l’expérience. « Comme les ondes de spin peuvent être un élément de construction prometteur pour une alternative énergétiquement efficace à l’électronique, les scientifiques cherchent depuis des années un moyen efficace de contrôler et de manipuler les ondes de spin. »
La théorie prévoit que les électrodes métalliques permettent de contrôler les ondes de spin, mais les physiciens n’ont guère vu de tels effets dans les expériences jusqu’à présent. « La percée de notre équipe de recherche est que nous montrons que nous pouvons en effet contrôler correctement les ondes de spin si nous utilisons une électrode supraconductrice », ajoute Toeno van der Sar, professeur associé au Département de nanoscience quantique.
Le miroir supraconducteur
Le fonctionnement est le suivant : une onde de spin génère un champ magnétique qui à son tour génère un super-courant dans le supraconducteur. Ce super-courant agit comme un miroir pour l’onde de spin : l’électrode supraconductrice renvoie le champ magnétique à l’onde de spin. Le miroir supraconducteur fait que les ondes de spin se déplacent plus lentement, ce qui les rend facilement contrôlables.
« Lorsque les ondes de spin passent sous l’électrode supraconductrice, il s’avère que leur longueur d’onde change complètement ! Et en variant légèrement la température de l’électrode, nous pouvons régler très précisément l’ampleur du changement », explique pour conclure Michael Borst.
En synthèse
La technologie des ondes de spin en est encore à ses débuts, mais cette découverte ouvre une porte : les électrodes supraconductrices permettent de créer d’innombrables nouveaux circuits d’ondes de spin énergétiquement efficaces.
« Nous pouvons maintenant concevoir des dispositifs basés sur les ondes de spin et les supraconducteurs qui produisent peu de chaleur et d’ondes sonores », selon Toeno Van der Sar. « Pensez à la version spintronique de filtres de fréquence ou de résonateurs, des composants que l’on peut trouver dans les circuits électroniques des téléphones portables, par exemple. Ou des circuits qui peuvent servir de transistors ou de connecteurs entre qubits dans un ordinateur quantique. »
Pour une meilleure compréhension
1. Qu’est-ce qu’une onde de spin ?
Une onde de spin est une onde dans un matériau magnétique qui peut être utilisée pour transmettre des informations. Ces ondes peuvent offrir une alternative énergétiquement efficace à l’électronique actuelle.
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2. Comment les ondes de spin sont-elles contrôlées ?
Les ondes de spin peuvent être contrôlées en utilisant une électrode supraconductrice. Cette électrode agit comme un miroir pour l’onde de spin, ce qui permet de contrôler facilement les ondes.
3. Qu’est-ce qu’un supraconducteur ?
Un supraconducteur est un matériau qui peut conduire l’électricité sans résistance ni perte d’énergie à des températures très basses.
4. Quels sont les avantages potentiels de cette technologie ?
La technologie des ondes de spin pourrait permettre de créer des circuits énergétiquement efficaces et de concevoir des dispositifs qui produisent peu de chaleur et d’ondes sonores. Elle pourrait également être utilisée pour connecter des qubits dans un ordinateur quantique.
5. Quels sont les défis à relever ?
La technologie des ondes de spin en est encore à ses débuts. Pour réaliser des ordinateurs énergétiquement efficaces avec cette technologie, il faut d’abord commencer par construire de petits circuits pour effectuer des calculs.
Légende illustration principale : Illustration de l’expérience. L’illustration montre deux électrodes en or placées au-dessus d’une fine couche magnétique. Au milieu se trouve une électrode supraconductrice. Avec l’électrode en or de gauche, les chercheurs génèrent des ondes de spin dans le matériau magnétique, qui se déplacent vers la droite. Au-dessus des électrodes se trouve une membrane carrée en diamant, qui permet aux chercheurs de voir à travers l’électrode supraconductrice. Crédit : Michael Borst, TU Delft
Université de Technologie de Delft, Département de nanoscience quantique, Michael Borst, Toeno van der Sar
Article : « Observation and control of hybrid spin-wave–Meissner-current transport modes » – DOI: 10.1126/science.adj7576
