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Micromagnétisme : vers des disques durs plus rapides

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D'après des chercheurs Allemands étudiant la théorie du micromagnétisme, les simulations sur ordinateurs indiquent qu'il serait possible de modifier l'aimantation d'une zone sur un disque dur en quelques picosecondes seulement. La technologie du stockage magnétique des données devrait subir l'impact de cette découverte dans un avenir proche.

Les figures montrent l'inversion d'un noyau de vortex : une paire de vortex-antivortex est créée (en haut à droite) et annihilée (en bas à gauche). Les flèches montrent la structure magnétique sur la surface. Les centres des vortex sont aux croisements de

Lorsqu'on stocke magnétiquement des données sur un disque, on le fait en créant de petits aimants dont la taille est d'environ un millionième de mètre. La structure de l'aimantation du matériau du disque est alors similaire à une série de tourbillons, en anglais un tourbillon se dit vortex. Ces vortex sont similaires à ceux qui se forment dans des situations familières telles que de l'eau s'écoulant d'une baignoire que l'on vide ou encore la structure tourbillonnante d'un cyclone.

Organisation en forme de vortex (tourbillon) des vecteurs d'aimantation d'un matériau en 2D (Crédits : University of Lancaster).

Les vortex magnétiques possèdent un centre appelé le « noyau », une région s'étendant sur environ dix nanomètres - la longueur qu'occuperaient moins de cent atomes. Le noyau du vortex est une région où l'aimantation est nettement perpendiculaire à la surface du disque, c'est-à-dire que le vecteur représentant celle-ci est orienté ou vers le haut ou vers le bas.

Ceci se prête naturellement au stockage de données binaires, particulièrement parce que la direction de l'aimantation est très stable. En effet, cette orientation vers le haut correspondra par exemple au chiffre 1 et vers le bas correspondra au chiffre 0. Cette stabilité s'explique par un phénomène appelé la force d'échange. C'est précisément en exploitant cette force qu'il devient possible de renverser l'orientation de l'aimantation du noyau sans appliquer des champs magnétiques intenses.

En utilisant des simulations sur ordinateur, les chercheurs du groupe de Riccardo Hertel à l'Institute of Solid State Research (IFF), situé à Jülich en Allemagne, ont montré, en collaboration avec des collègues du Max Planck Institute de Stuttgart, qu'il existait une manière de renverser l'orientation du noyau sous l'action d'impulsions magnétiques très courtes, et de faibles intensités.

Selon le Dr Hertel : « Le résultat principal de l'étude est que l'aimantation du noyau du vortex magnétique peut être renversé, et passé de vers le haut à vers le bas et vice-versa, en appliquant une impulsion de champ magnétique qui peut être aussi courte que cinq picosecondes - C'est presque cent fois plus vite que le processeur d'ordinateur le plus rapide ». Hertel ajoute : « En quelques picosecondes, l'impulsion du champ tord la structure magnétique au point qu'une paire de vortex-antivortex est créée. Ceci est suivi d'un processus d'annihilation qui laisse seulement un vortex orienté vers le bas si le vortex original était vers le haut. ».

Les études détaillées de ces processus par les chercheurs ont prouvé que l'interaction d'échange est responsable de la formation et de l'annihilation des vortex. « Les dernières études par simulation nous ont fourni une excellente description de la dynamique des annihilations de vortex-antivortex - un processus fondamental dans les recherches sur le micromagnétisme » indique Sebastian Gliga, étudiant en thèse dans le groupe de Hertel. L'inversion réalisée de cette manière semble être la plus complexe actuellement connue dans les théories portant sur le micromagnétisme.

« Ces résultats représentent un saut prometteur vers de plus petites échelles de longueurs et des échelles de temps plus courtes pour le stockage magnétique des données », affirme le professeur Claus M. Schneider, directeur de recherche à l'IFF.

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