L’effet Hall orbital : le futur de la consommation d’énergie en informatique ?

Des scientifiques ont utilisé une technique innovante pour confirmer un phénomène physique jusqu’alors non détecté qui pourrait être utilisé pour améliorer le stockage des données dans la prochaine génération de dispositifs informatiques.

La mémoire spintronique et l’effet Hall de spin

Les mémoires spintroniques, comme celles utilisées dans certains ordinateurs de haute technologie et satellites, utilisent des états magnétiques générés par le moment angulaire intrinsèque d’un électron pour stocker et lire des informations. Selon son mouvement physique, le spin d’un électron produit un courant magnétique.

Connu sous le nom d’«effet Hall de spin», cela a des applications clés pour les matériaux magnétiques dans de nombreux domaines différents, allant de l’électronique à faible consommation à la mécanique quantique fondamentale.

L’effet Hall orbital

Plus récemment, les scientifiques ont découvert que les électrons sont également capables de générer de l’électricité grâce à un second type de mouvement : le moment angulaire orbital, similaire à la façon dont la Terre tourne autour du soleil. C’est ce qu’on appelle l’«effet Hall orbital», a déclaré Roland Kawakami, co-auteur de l’étude et professeur de physique à l’Université d’État de l’Ohio.

Les théoriciens ont prédit qu’en utilisant des métaux de transition légers – des matériaux qui ont des courants Hall de spin faibles – les courants magnétiques générés par l’effet Hall orbital seraient plus faciles à repérer en circulant à côté d’eux. Jusqu’à présent, détecter directement une telle chose a été un défi, mais l’étude, dirigée par Igor Lyalin, un étudiant en physique, et publiée aujourd’hui dans la revue Physical Review Letters, a montré une méthode pour observer l’effet.

Une découverte prometteuse pour les applications futures

Après près d’un an de mesures minutieuses, les chercheurs ont pu détecter un signal magnéto-optique clair qui montrait que les électrons rassemblés à une extrémité du film présentaient de fortes caractéristiques de l’effet Hall orbital. « Cette détection réussie pourrait avoir d’énormes conséquences pour les futures applications de la spintronique, » a indiqué Roland Kawakami.

« Le concept de spintronique existe depuis environ 25 ans, et bien qu’il ait été très utile pour diverses applications de mémoire, les gens essaient maintenant d’aller plus loin », a-t-il encore précisé. « Aujourd’hui, l’un des plus grands objectifs du domaine est de réduire la quantité d’énergie consommée car c’est le facteur limitant pour augmenter les performances. »

En synthèse

La réduction de la quantité totale d’énergie nécessaire pour que les futurs matériaux magnétiques fonctionnent bien pourrait potentiellement permettre une consommation d’énergie plus faible, des vitesses plus élevées et une fiabilité accrue, ainsi que contribuer à prolonger la durée de vie de la technologie.

« L’utilisation de courants orbitaux au lieu de courants de spin pourrait éventuellement économiser du temps et de l’argent à long terme« , a déclaré Kawakami.

Notant que cette recherche ouvre la voie à en savoir plus sur la façon dont ces phénomènes physiques étranges se produisent dans d’autres types de métaux, les chercheurs disent qu’ils veulent continuer à explorer la connexion complexe entre les effets Hall de spin et les effets Hall orbitaux.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que la mémoire spintronique ?

La mémoire spintronique est une technologie qui utilise les états magnétiques générés par le moment angulaire intrinsèque d’un électron pour stocker et lire des informations. Elle est utilisée dans certains ordinateurs de haute technologie et satellites.

Qu’est-ce que l’effet Hall de spin ?

L’effet Hall de spin est un phénomène où le mouvement physique d’un électron produit un courant magnétique. Il a des applications clés pour les matériaux magnétiques dans de nombreux domaines, allant de l’électronique à faible consommation à la mécanique quantique fondamentale.

Qu’est-ce que l’effet Hall orbital ?

L’effet Hall orbital est un phénomène où les électrons sont capables de générer de l’électricité grâce à un second type de mouvement : le moment angulaire orbital, similaire à la façon dont la Terre tourne autour du soleil.

Quelle est l’importance de l’effet Hall orbital ?

L’effet Hall orbital pourrait avoir d’énormes conséquences pour les futures applications de la spintronique, notamment en réduisant la quantité d’énergie consommée, ce qui est le facteur limitant pour augmenter les performances.

Quelle est la prochaine étape de la recherche ?

Les chercheurs souhaitent continuer à explorer la connexion complexe entre les effets Hall de spin et les effets Hall orbitaux, et à en savoir plus sur la façon dont ces phénomènes physiques étranges se produisent dans d’autres types de métaux.

Article : « Magneto-Optical Detection of the Orbital Hall Effect in Chromium » – DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.156702

Légende illustration principale : Les appareils qui reposent sur des mémoires spintroniques sont souvent plus économes en énergie et peuvent fonctionner plus longtemps sans intervention humaine.