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Une découverte en spintronique pourrait mener à de meilleurs appareils électroniques

by Lindsay Jolivet nov. 7 / 14

Des scientifiques ont découvert que des interactions dans certains matériaux quantiques pourraient naturellement produire les effets nécessaires à la création d’ordinateurs et d’autres appareils électroniques ultraefficaces.

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Représentation schématique de la déviation des spins dans des directions opposées en raison de la courbure de Berry, et l’accumulation résultante de spins le long des bords de l’échantillon.
Image: Arun Paramekanti

Le domaine de la spintronique — contraction d’« électronique du transport de spin » — cherche à comprendre et à alimenter des appareils électroniques à l’aide de la propriété quantique qu’est le spin de l’électron, plutôt que la charge de l’électron. La spintronique pourrait mener à des circuits et à des appareils électriques efficaces qui ne perdent pas d’énergie par la friction ni la chaleur.

« Si vous songez à l’électronique dans son utilisation actuelle, il y a transmission de courants électriques dans un circuit, lequel tente de traiter l’information et de faire des calculs. », explique Arun Paramekanti (Université de Toronto), Boursier de l’ICRA. « Il faut se demander plutôt si on ne pourrait pas exploiter et manipuler le spin de l’électron pour réaliser des calculs »

Dans un nouvel article publié dans la revue Nature Communications, Paramekanti (Université de Toronto) en collaboration avec l’auteur principal Xiaopeng Li et collaborateurs (Université du Maryland), ont démontré au plan théorique que des interactions entre des particules mènent spontanément à un état qui permet la manipulation électrique du spin dans certains appareils.

« Nous n’étions pas à la recherche d’un tel résultat. Nous voulions simplement comprendre la physique fondamentale de ces systèmes en interaction et sommes tombés sur cet effet par un heureux hasard », précise Paramekanti, Boursier au sein du programme Matériaux quantiques.

Les chercheurs ont étudié un modèle théorique des gaz ultrafroids. « Il s’agit simplement de gros atomes quantiques qui imitent le comportement des électrons dans un solide », dit-il.

Ces atomes peuvent se trouver dans l’un de deux états : spin-up ou spin-down. Les interactions entre les atomes peuvent mener ceux-ci à former spontanément un certain type d’ordonnancement magnétique et leurs modes de circulation se plient alors différemment dans un champ électrique externe.

Les chercheurs ont découvert que dans cet état, le fait de pousser les atomes dans une direction les font dévier vers des bords opposés — les atomes spin-up d’un côté et les atomes spin-down de l’autre, même en l’absence de couplage Russel-Saunders, paramètre essentiel pour cet effet. Cette ségrégation appelée effet Hall de spin est précieuse pour les physiciens, car elle permet la manipulation électrique du spin de l’électron aux fins de calcul.

« Cela devrait planter le décor pour l’identification de matériaux semi-conducteurs où cet effet peut en fait devenir important et mener à des applications utiles », ajoute Paramekanti. Selon lui, il faut maintenant cerner certains de ces matériaux et mettre à l’essai le modèle au plan expérimental.