La torsion de matériaux d’épaisseur atomique révèle une nouvelle façon d’économiser l’énergie informatique

Une étude récente montre une nouvelle façon potentiellement plus économe en énergie de transmettre des informations à l’intérieur de systèmes électroniques, y compris les ordinateurs et les téléphones, sans avoir recours à des courants électriques ni à des champs magnétiques externes.

Dans l’électronique actuelle, les informations sont transmises en déplaçant des électrons dans des circuits, où les uns et les zéros sont représentés par des signaux électriques hauts ou bas. Bien que cette approche ait permis l’informatique moderne, le déplacement de la charge électrique génère inévitablement de la chaleur, entraînant une perte d’énergie et limitant la miniaturisation et l’amélioration des appareils.

Dans la nouvelle étude, publiée dans Nano Letters, des chercheurs de l’Institut royal de technologie KTH et des collaborateurs internationaux démontrent qu’en tordant simplement deux couches de certains matériaux magnétiques d’épaisseur atomique, des signaux magnétiques peuvent transporter l’information au lieu de compter sur des courants électriques pour effectuer le travail.

« Ces signaux magnétiques, ou magnons altermagnétiques, pourraient être utiles pour les futures technologies de l’information qui déplacent l’information sans recourir à la charge électrique », affirme Anna Delin, professeure à l’Institut royal de technologie KTH.

Ces travaux s’inscrivent dans le domaine de la spintronique, qui vise à utiliser le magnétisme plutôt que la charge électrique pour transmettre et traiter l’information. La spintronique tire parti d’une propriété intrinsèque des électrons appelée spin, une minuscule orientation magnétique qui peut pointer dans différentes directions. Au lieu de pousser les électrons à travers un dispositif, les systèmes spintroniques peuvent utiliser des magnons, des ondes qui ondulent à travers l’ordre magnétique d’un matériau.

Étant donné que les magnons transmettent l’information sans transporter de charge électrique, ils peuvent le faire avec beaucoup moins de perte d’énergie. Cependant, pour que les magnons soient utiles dans des technologies réelles, différents signaux magnétiques doivent se comporter différemment afin que l’information puisse être contrôlée et dirigée. Atteindre cette séparation a généralement nécessité des champs magnétiques puissants ou des structures de matériaux complexes, ce qui ajoute du coût, de la consommation d’énergie et des contraintes de conception.

La nouvelle recherche montre une voie beaucoup plus simple.

Les chercheurs se sont concentrés sur l’obtention de ce que l’on appelle le comportement altermagnétique, une situation où un matériau n’a pas de magnétisme global, mais sépare en interne les signaux magnétiques afin que leurs chemins puissent être guidés. En pratique, cela signifie que le matériau lui-même définit la façon dont l’information magnétique circule.

À l’aide de simulations informatiques avancées, l’équipe a étudié les antiferromagnétiques de van der Waals, une famille de matériaux magnétiques d’épaisseur atomique dont les couches peuvent être empilées et pivotées avec une grande précision. Ils ont découvert qu’en faisant pivoter une couche par rapport à l’autre, une méthode connue sous le nom d’ingénierie de torsion, la symétrie à l’intérieur du matériau change de la manière appropriée pour produire un comportement altermagnétique fort et contrôlable.

« Nous montrons que ce comportement peut être exceptionnellement fort et ne repose ni sur des champs magnétiques externes ni sur des éléments toxiques, critiques ou rares », affirme Delin. « Cela en fait une plateforme attrayante pour explorer de nouvelles façons de transmettre l’information plus efficacement. »

L’auteur principal de l’étude, Qirui Cui, chercheur postdoctoral à KTH, déclare que bien que l’étude ne décrive pas un dispositif électronique finalisé, elle fournit une démonstration physique claire de la façon dont des signaux magnétiques porteurs d’informations peuvent être générés et contrôlés par la seule conception du matériau.

« Ces résultats offrent une nouvelle base pour la recherche future sur les technologies de l’information à faible consommation d’énergie qui pourraient compléter l’électronique conventionnelle », déclare-t-il.

Article : Altermagnetic Magnons in Twisted van der Waals Antiferromagnets – Journal : Nano Letters – DOI : Lien vers l’étude

Source : KTH