Les propriétés magnétiques d''un nouveau matériau nanoporeux dédié au stockage des données attirent l''attention

Les appareils électroniques qui stockent des informations grâce à l''aimantation s''appuient sur la commutation magnétique, généralement obtenue au moyen de champs magnétiques localisés (générés par induction électromagnétique) ou de courants électriques à spin polarisé (couple de transfert de spin). Toutefois, les deux systèmes exigent des courants électriques relativement élevés qui chauffent les matériaux et entraînent une importante perte d''énergie par dissipation de chaleur (effet Joule).

Si l''on parvenait à réduire les champs magnétiques et les courants électriques nécessaires, on pourrait augmenter le rendement énergétique. Ce serait possible en diminuant la coercivité (capacité à supporter un champ magnétique externe sans se démagnétiser) du matériau utilisé. Les avancées récentes réalisées dans ce domaine font seulement état d''une réussite significative sous 300 Kelvin et uniquement avec des films ultra-minces ou des nanoparticules. Le projet SPIN-PORICS, financé par l''UE, a cependant annoncé récemment être parvenu à créer un nouveau matériau prometteur présentant des propriétés similaires à celles d''une éponge.

Un nouveau prototype de matériau nanocomposite

L''équipe du projet SPIN-PORICS (Merging Nanoporous Materials with Energy-Efficient Spintronics) a indiqué dans la revue Advanced Functional Materials avoir créé les premiers prototypes de mémoires magnétiques nanoporeuses à partir d''alliages de cuivre et de nickel (CuNi). L''intérieur de ces films de cuivre et nickel était organisé comme celui d''une éponge, les pores étant séparés par des espaces de seulement 5 ou 10 nanomètres, et les parois des pores étant constituées de seulement quelques douzaines d''atomes. Cette couche nanoporeuse était remplie d''un matériau diélectrique dont les propriétés magnétiques étaient réglées à température ambiante en utilisant des électrolytes liquides pour appliquer la tension.

L''équipe du projet a signalé avoir pu obtenir une réduction de la coercivité magnétique de 35 %, atteignant ainsi la consommation d''énergie nécessaire pour réorienter les domaines magnétiques et enregistrer ainsi les données. Ce résultat est dû à la conception nanoporeuse du matériau qui permet à tout le film (et pas seulement sa surface) de participer à l''effet électromagnétique.

Le professeur Jordi Sort, coordinateur du projet, récapitule les résultats obtenus avec le prototype en ces termes: «Les nanopores présents à l''intérieur des matériaux nanoporeux permettent de disposer d''une vaste surface. Cette surface importante étant concentrée dans un très petit espace, nous pouvons appliquer la tension d''une pile et réduire considérablement l''énergie requise pour réorienter les domaines magnétiques et enregistrer les données. Ce nouveau concept peut contribuer à réduire l''énergie consommée par les ordinateurs, l''informatique et le traitement des données magnétiques en général.»

Introduction d''un nouveau principe de spintronique

La révolution numérique repose sur l''augmentation de la capacité des disques durs et de la vitesse de traitement des données. Ces deux facteurs ont bénéficié d''avancées réalisées dans les domaines du magnétisme et de la spintronique (transport électronique dépendant du spin, qui exploite la propriété quantique du spin des électrons et la magnétisation). Plus généralement, les développements réalisés dans les technologies d''information et de communication dépendent de la capacité à trouver des solutions aux problèmes de consommation énergétique excessive des appareils magnétoélectroniques. On estime par exemple que 40 % de l''énergie des ordinateurs est perdue par dissipation de chaleur. Ceci explique pourquoi des entreprises telles que Google choisissent d''implanter leurs serveurs sous l''eau ou dans les pays nordiques, afin de bénéficier de températures peu élevées.

Selon l''équipe du projet SPIN-PORICS, le nouveau matériau nanocomposite bénéficiera principalement à trois applications technologiques: l''enregistrement magnétique assisté par électronique, la commutation commandée par tension de la mémoire vive magnétique et les transistors à effet de champ à rotation de spin. Certains calculs suggérant que le remplacement du courant électrique par la tension dans les systèmes de traitement des données pourrait réduire la consommation d''énergie d''un facteur de 1/500, ce nouveau principe pourrait avoir un impact économique important. Selon le professeur Jordi Sort, «la mise en œuvre de ce matériau dans les mémoires d''ordinateurs et d''appareils mobiles peut présenter de nombreux avantages, principalement au niveau de l''économie d''énergie directe réalisée au niveau des ordinateurs et du gain d''autonomie des appareils mobiles.»

Pour plus d''informations, voir:
page web du projet CORDIS