Fabriquer des mémoires numériques encore plus petites, et qui consomment encore moins d'énergie pour l'électronique nomade ? Des chercheurs du CNRS et de l'Université de Paris Sud XI (Laboratoire de physique des solides, CNRS/Univ. Paris-Sud 11 et Institut Néel) et du CEA-IRAMIS viennent d'en démontrer la faisabilité, grâce à une nouvelle classe de matériaux dit multiferroïques, alliant des propriétés électriques et magnétiques inhabituelles.
Ce texte reprend le communiqué de presse commun CEA-CNRS-Univ. Paris XI
Dans une étude publiés dans Physical Review Letter, des chercheurs du Laboratoire de physique des solides (CNRS/Université Paris-Sud XI), de l'Institut Rayonnement-matière de Saclay (CEA Iramis) et de l'Institut Néel (CNRS) valident le concept du stockage de données et de leur écriture au moyen d'un champ électrique, une voie technologique avantageuse pour miniaturiser les mémoires.
A l'échelle microscopique, atomes et molécules produisent des champs électriques et magnétiques. A notre échelle, dans la majorité des cristaux, les propriétés électriques et magnétiques des divers atomes se compensent et s'annulent mutuellement. Parfois ce n'est pas le cas, et pour certains composés, dits ferromagnétiques, les propriétés magnétiques subsistent à l'échelle macroscopique : ils peuvent ainsi servir d'aimant. Plus rarement, dans le cas des composés dits ferroélectriques, un ordre électrique existe à l'échelle macroscopique. Encore plus rarement, ordre électrique et magnétique subsistent de concert : c'est le cas des matériaux multiferroïques. De surcroît, dans ces matériaux, ordres électriques et magnétiques interagissent. Une telle interaction offre l'opportunité de contrôler les spins (les moments magnétiques des atomes) via un champ électrique, ce qui représente un enjeu considérable notamment pour le stockage de l'information.
Les chercheurs du Laboratoire de Physique des Solides (LPS CNRS/Université Paris-Sud 11), de l'Institut rayonnement-matière de Saclay (CEA IRAMIS) et de l'Institut Néel (CNRS) ont travaillé sur le composé multiferroïque BiFeO3, qu'ils ont synthétisé. Ils ont mis en évidence l'interaction entre ordre électrique et magnétique, puis ont fabriqué un matériau fait d'une couche de BiFeO3 et d'un film ferromagnétique. Ils montrent qu'en appliquant un champ électrique, il est possible de modifier l'orientation préférentielle de l'aimantation du film ferromagnétique. Ces résultats pionniers valident le concept du stockage de données magnétiques et de leur écriture au moyen d'un champ électrique..
Dans les disques durs actuels, les données – ou bits – sont écrites grâce à un champ magnétique qui oriente l'aimantation. Il y a deux états d'aimantation possibles donc deux valeurs du bit possibles (appelés 0 ou 1). Avec un matériau multiferroïque, chaque élément de mémoire pourrait être placé dans quatre états distincts au lieu de deux (deux états de polarisation électrique et deux états d'aimantation). On pourrait également envisager des mémoires magnétiques à deux états (comme les mémoires actuelles), mais modifiables par l'application d'un champ électrique. Cette possibilité d'écrire et d'effacer les données grâce à un champ électrique constitue un avantage décisif pour l'électronique nomade (téléphones portables, ordinateurs portables, GPS, etc.), à deux points de vue. D'une part, l'application d'un champ électrique nécessite moins d'énergie que celle d'un champ magnétique, donc les batteries dureraient plus longtemps. D'autre part, le champ électrique serait plus local, ce qui permettrait de placer plus d'éléments de mémoire sur une surface donnée et de repousser ainsi la limite de miniaturisation des composants.
Références :
| Electric field switching of the magnetic anisotropy of a ferromagnetic layer exchange coupled to the multiferroic compound BiFeO3. D. Lebeugle, A. Mougin, M. Viret, D. Colson, L. Ranno, Phys. Rev. Lett. 103 (2009) 257601. |
– Communiqué de presse commun CEA-CNRS-Univ. Paris XI
| Article commenté par Wolfgang Kleemann de l'APS dans sa rubrique « Viewpoint » |
Voir aussi, sur le même sujet :
– Vers une nouvelle génération de mémoires numériques, Pour la Science, 10 décembre 2009.– Electric-Field-Induced Spin Flop in BiFeO3 Single Crystals at Room Temperature,
D. Lebeugle, D. Colson, A. Forget, M. Viret, A. M. Bataille, and A. Gukasov
Phys. Rev. Lett. 100, 227602 (2008)
Contact CEA : Dorothée Colson
