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Spintronique : une avancée vers des puces photoniques

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Guider des photons à l'intérieur d'un circuit à l'aide d'un champ magnétique : c'est une voie complètement nouvelle qu'ont défrichée des chercheurs canadiens. De quoi envisager des circuits électroniques beaucoup plus rapides...

Abdulhakem Elezzabi, spécialiste de la plasmonique à l’université d’Alberta, à Edmonton (Alberta, Canada). Crédit : A.Y. Elezzabi

L'histoire de la spintronique devient un véritable feuilleton. Cette technique, déjà ancienne dans les laboratoires, consiste à utiliser cette propriété magnétique des électrons que l'on appelle le spin. Depuis quelque temps, les résultats s'accumulent et le rythme des recherches s'accélère. Récemment, une équipe américaine est parvenue à réaliser un circuit de grande taille dans lequel le spin est transporté le long de conducteurs.

La saga continue et Futura-Sciences est heureux de vous annoncer le mariage de la spintronique avec la plasmonique. Le fruit de ces amours est un dispositif mis au point à l'université d'Alberta, au Canada, par Abdulhakem Elezzabi, du laboratoire Ultrafast Photonics and Nano-Optics, et de deux de ses collègues. Son nom de baptême est spinplasmonique et il est peut-être le mutant historique d'une nouvelle espèce de puce.

En gros, K. J. Chau, Mark Johnson et Abdulhakem Elezzabi ont fabriqué un interrupteur à lumière commandé par un champ magnétique. Ce dispositif, qui ressemble au fonctionnement d'un transistor, pourrait servir à concevoir une puce au moins en partie photonique (on dit opto-électronique) dans laquelle l'information serait transportée par de la lumière.

Depuis de nombreuses années, les électroniciens lorgnent vers les photons, dont les fréquences possibles permettent de véhiculer une quantité d'information bien plus grande qu'un courant électrique. La fibre optique, avec ses débits très élevés, le prouve tous les jours. Mais les interférences lumineuses limitent la finesse de ces conducteurs de lumière à la moitié de la longueur d'onde. Ainsi, un rayonnement infrarouge (celui, probablement, de l'opto-électronique), avec sa longueur d'onde de 1,5 micromètre, impose à un conducteur optique un diamètre minimum de 0,75 micromètre, un tour de taille gargantuesque pour un circuit électronique comme un processeur ou une mémoire (où la finesse de gravure en est à actuellement à 65 nanomètres).

Guider la lumière

Puis est venue la plasmonique. Le nom vient d'un curieux phénomène appelé plasmon de surface. Dans certaines conditions, en éclairant la surface de contact entre un métal et un matériau diélectrique comme l'air ou le verre (c'est-à-dire un isolant, dans lequel les électrons ne se déplacent pas), on crée à la surface du métal des sortes de vagues d'électrons, ou plasmons, en résonance avec l'onde lumineuse.

Cette curiosité de laboratoire s'est trouvée une utilité potentielle quand on a découvert que ces plasmons pouvaient être créés avec une longueur d'onde moins grande que la lumière incidente. On obtient alors une vague de plasmons de longueur d'onde très courte qui, sur un conducteur électrique, transporte beaucoup plus d'informations qu'un signal électrique classique. On ne peut le faire que sur des distances très courtes mais on peut espérer construire ainsi des voies de communications hyperrapides entre différents composants d'une puce (voir l'excellent article que lui consacre la revue Pour la science, n° 355, mai 2007).

L'équipe d'Abdulhakem Elezzabi a réalisé un dispositif plamsonique fonctionnant de manière originale, composé d'une couche d'or (non magnétique) recouverte de particules de cobalt (ferromagnétique). Un champ magnétique extérieur vient modifier le spin des électrons, lequel vient, selon sa valeur, empêcher ou bien faciliter le mouvements des plasmons. On obtient donc une sorte d'interrupteur plasmonique à commande spintronique, une trouvaille qui est un peu une surprise et qui transporte ses auteurs d'enthousiasme.
« Avec cette technologie, explique Abdulhakem Elezzabi, j'entrevois, pour la réalisation des circuits électroniques, un glissement du silicium vers le métal avec utilisation de conducteurs de lumière. »

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