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Ce modeste support en céramique recèle plus de 25 transporteurs de spin en silicium. Une première peut-être historique. Crédit : Jon Cox, University of Delaware
En mettant au point une belle astuce technique pour détecter le spinspin des électronsélectrons, un phénomène magnétique, un groupe de scientifiques américains a fait faire un bond de géant à la spintronique, alias électronique de spinélectronique de spin. Grâce à eux, ce nouveau domaine en ébullition et plein de promesses pourra utiliser le matériaumatériau le plus banal de l'électronique : le siliciumsilicium. Mieux encore, leur prototype est une véritable puce de plusieurs millimètres carrés capable de transporter le spin des électrons sur toute la largeur du circuit, une distance astronomique pour un tel phénomène.
Pour ceux qui auraient manqué les épisodes précédents, rappelons que la spintronique consiste à manipuler non pas la charge électrique de l'électron mais son spin. Assimilable une aimantationaimantation dont la direction changerait selon que l'électron tourne sur lui-même dans un sens ou dans l'autre, cet état quantique se décrit par deux valeurs, positive ou négative (+1/2 ou -1/2 en l'occurrence). D'ordinaire, c'est le hasard des rencontres qui impose un spin à un électron. Mais si l'on parvient à contrôler cet état, il y a le moyen d'enregistrer de l'information (0 ou 1 selon le spin) à une échelle de dimension bien inférieure à celle de l'électronique traditionnelle.
La spintronique n'est pas une invention nouvelle. Elle est utilisée dans les têtes de disques durs des ordinateurs (où elle exploite le phénomène de magnétorésistance géantemagnétorésistance géante) et on pense à elle pour réaliser des mémoires vives permanentes, les MRam (Magnetoresistive Random Access MemoryRandom Access Memory), telle celle présentée par la société Freescale.
Transporteur de spin
Mais jusque-là, on ne savait pas transporter le spin des électrons le long de connecteurs. L'information peut donc être stockée (comme dans la MRam) mais pas utilisée comme la charge électrique de l'électronique traditionnelle à l'échelle d'une puce et encore moins d'un ordinateur.
Ian Appelbaum devant l’enceinte à vide qui a permis à l’équipe de réaliser le prototype. Au fond du laboratoire, l’homme cagoulé est Bigin Huang, étudiant, qui l’a assisté dans cette recherche.
Crédit : Jon Cox, University of Delaware
Ian Appelbaum et Biqin Huang (université du Delaware), avec l'aide de Douwe Monsma (Cambridge NanoTech, Cambridge, Massachusetts), sont parvenus, eux, à suivre le spin d'une petite population d'électrons polarisés en spin (c'est l'expression consacrée). Leur méthode originale fait appel au silicium. Après création d'un nuagenuage d'électrons dont les spins sont majoritairement orientés dans un certain sens (c'est « l'injection de spin », un art semble-t-il délicat), les particules sont soumises à un champ magnétiquechamp magnétique provoquant une précessionprécession de leur mouvementmouvement giratoire déterminant le spin.
Le phénomène ressemble à la précession d'une toupie, qui fait osciller son axe de rotation. Cette oscillation trahit la valeur du spin et peut être suivie d'un bout à l'autre du conducteur à l'intérieur de la puce. « Ces processus de précession et de déphasage constituent la marque la plus claire du transport de spin, explique Ian Appelbaum. Notre travail est le premier du genre à montrer cet effet sur le silicium. »
Mémoires plus petites et processeurs plus rapides sont peut-être au bout de ce chemin...
