Ouvrir la voie à une mémoire informatique extrêmement rapide et compacte
Depuis des décennies, les scientifiques étudient un groupe de matériaux inhabituels appelés multiferroïques, qui pourraient être utiles pour toute une série d'applications, notamment la mémoire des ordinateurs, les capteurs chimiques et les ordinateurs quantiques. Dans une étude publiée dans Nature, des chercheurs de l'université du Texas à Austin et du MPSD de Hambourg ont démontré que le matériau multiferroïque en couches, l'iodure de nickel (NiI2), pourrait être le meilleur candidat à ce jour pour des dispositifs extrêmement rapides et compacts.
Les matériaux multiferroïques ont une propriété particulière appelée couplage magnétoélectrique, ce qui signifie que l'on peut manipuler les propriétés magnétiques du matériau avec un champ électrique et, inversement, les propriétés électriques avec des champs magnétiques. Les chercheurs ont découvert que le NiI2 possède un couplage magnétoélectrique plus important que tout autre matériau connu de ce type, ce qui en fait un candidat de choix pour les avancées technologiques.
"Découvrir ces effets à l'échelle de flocons d'iodure de nickel atomiquement minces était un défi formidable", a déclaré Frank Gao, chercheur postdoctoral en physique à l'UT et coauteur principal de l'article, "mais notre succès représente une avancée significative dans le domaine des matériaux multiferroïques".
"Notre découverte ouvre la voie à des dispositifs magnétoélectriques extrêmement rapides et économes en énergie, y compris des mémoires magnétiques", a ajouté Xinyue Peng, étudiant diplômé et co-auteur principal du projet.
Les champs électriques et magnétiques sont fondamentaux pour notre compréhension du monde et pour les technologies modernes. À l'intérieur d'un matériau, les charges électriques et les moments magnétiques atomiques peuvent s'ordonner de telle sorte que leurs propriétés s'additionnent, formant une polarisation électrique ou une magnétisation. Ces matériaux sont connus sous le nom de ferroélectriques ou de ferromagnétiques, en fonction de l'état ordonné de ces quantités.
Toutefois, dans les matériaux exotiques multiferroïques, ces ordres électriques et magnétiques coexistent. Les ordres magnétique et électrique peuvent être enchevêtrés de telle sorte qu'un changement dans l'un entraîne un changement dans l'autre. Cette propriété, connue sous le nom de couplage magnétoélectrique, fait de ces matériaux des candidats intéressants pour des dispositifs plus rapides, plus petits et plus efficaces. Pour que ces dispositifs fonctionnent efficacement, il est important de trouver des matériaux présentant un couplage magnétoélectrique particulièrement fort.
Pour ce faire, les chercheurs ont excité le NiI2avec des impulsions laser ultracourtes de l'ordre de la femtoseconde (un millionième de milliardième de seconde) et ont ensuite suivi les changements qui en résultent dans les ordres électrique et magnétique du matériau et dans le couplage magnétoélectrique par le biais de leur impact sur des propriétés optiques spécifiques.
Pour comprendre pourquoi le couplage magnétoélectrique est tellement plus fort dans NiI2que dans des matériaux similaires, l'équipe a effectué des calculs approfondis.
"Deux facteurs jouent un rôle important ici", a déclaré Emil Viñas Boström du MPSD, coauteur de l'étude. "L'un d'eux est le fort couplage entre le spin des électrons et le mouvement orbital des atomes d'iode - il s'agit d'un effet relativiste connu sous le nom de couplage spin-orbite. Le deuxième facteur est la forme particulière de l'ordre magnétique dans l'iodure de nickel, connu sous le nom de spirale de spin ou d'hélice de spin. Cet ordre est crucial à la fois pour initier l'ordre ferroélectrique et pour la force du couplage magnétoélectrique".
Selon les chercheurs, les matériaux tels que le NiI2 avec un couplage magnétoélectrique important ont un large éventail d'applications potentielles. Il s'agit notamment de mémoires magnétiques compactes, économes en énergie et beaucoup plus rapides que les systèmes de mémoire existants, d'interconnexions dans les plateformes d'informatique quantique et de capteurs chimiques qui peuvent assurer le contrôle de la qualité et la sécurité des médicaments dans les industries chimiques et pharmaceutiques.
Les chercheurs espèrent que ces découvertes révolutionnaires pourront être utilisées pour identifier d'autres matériaux présentant des propriétés magnétoélectriques similaires et que d'autres techniques d'ingénierie des matériaux pourraient éventuellement permettre d'améliorer encore le couplage magnétoélectrique dans le NiI2.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Frank Y. Gao, Xinyue Peng, Xinle Cheng, Emil Viñas Boström, Dong Seob Kim, Ravish K. Jain, Deepak Vishnu, Kalaivanan Raju, Raman Sankar, Shang-Fan Lee, Michael A. Sentef, Takashi Kurumaji, Xiaoqin Li, Peizhe Tang, Angel Rubio, Edoardo Baldini; "Giant chiral magnetoelectric oscillations in a van der Waals multiferroic"; Nature, 2024-7-17
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