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Bientôt le stockage magnétique des données à l'échelle de l'atome ?

Les propriétés électriques et magnétiques des matériaux font l'objet de recherches intenses, surtout à cause de leur impact technologique, le cas des semi-conducteurs en étant une illustration frappante. Des chercheurs américains et français viennent de vérifier une prédiction portant sur le phénomène appelé "magnéto-résistance anisotropique balistique". Celui-ci pourrait permettre de faire des enregistrements magnétiques presque à l'échelle de l'atome, ce qui révolutionnerait la capacité de stockage magnétique des données !

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Transport des électrons et magnétorésistance balistique ( Crédit : H.D. Chopra, SUNY-Buffalo).

Qu'est-ce que la Magnéto-Résistance Anisotropique Balistique ?

Le phénomène de magnéto-résistance désigne simplement la variation de la résistance d'un matériau sous l'action d'un champ magnétique donné. Comme l'Univers aime parfois mener la vie dure aux physiciens, il existe des matériaux dont la résistance dépend aussi de la direction dans laquelle le champ magnétique est appliqué, d'où le terme anisotropique. Cela nécessite d'utiliser la théorie des tenseurs pour le décrire.

On parle souvent de AMR, l'acronyme anglais pour Anisotropic MagnetoResistance ou de BAMR pour Ballistic Anisotropic MagnetoResistance. Celle-ci est utilisée dans des capteurs magnétiques, par exemple en géophysique pour la mesure du champ magnétique terrestre.

Maintenant pourquoi magnéto-résistance balistique ? Parce que le phénomène se produit dans un filament dont l'épaisseur n'est que de quelques atomes. Les électrons responsables de sa conductibilité, et donc de sa résistance, se déplacent préférentiellement le long du filament, exactement comme un boulet dans un canon.

La conductance, l'inverse de la résistance de ces filaments, se trouve être dominée par des effets quantiques, de sorte qu'elle ne peut être qu'un multiple entier N d'une constante dépendant, tout comme pour l'effet Hall quantique, de la charge élémentaire e et de la constante de Planck h. En 2005, Evgeny Tsymbal et ses collègues de l'Université du Nebraska avait alors prédit que, sous l'action d'un champ magnétique, on pouvait modifier à volonté la valeur de N !

Bernard Doudin de l'Institut de Physique et de Chimie de Matériaux de l'Université de Strasbourg vient, tout comme ses collègues de l'Université du Nebraska, de vérifier cette prédiction dans le cas de filaments en Cobalt d'épaisseurs différentes.

En principe, la BAMR permettrait de repousser presque à la limite des possibilités physique la taille des unités de stockage magnétique ! Celle de l'atome !

En effet, le principe de l'enregistrement sur support magnétique est en gros le suivant. En appliquant localement un champ magnétique sur un matériau magnétisable on peut l'aimanter dans une direction. En associant le chiffre 0 ou 1 pour deux direction d'aimantations parallèles, mais de sens opposés, il est donc possible de stocker des informations en binaire. Une tête de lecture adéquate étant alors utilisée pour mesurer le champ magnétique du matériau et restituer la suite d'informations.

On comprend donc que, plus la zone aimantée constituant une unité d'information est petite, plus la quantité d'information pour une surface donnée est grande. La limite physique serait alors la taille de l'atome.

La densité d'information stockable sur un disque dur avait déjà fait un bond il y a quelques années avec l'utilisation d'un autre effet de magnéto-résistance, la Magnéto-Résistance Géante ou GMR. Les têtes de lectures des disques durs d'ordinateurs sont aujourd'hui majoritairement une application de ce phénomène de GMR. On s'attend donc bien à une révolution comparable avec la BAMR !


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