Une boussole qui pointe vers l'ouest

Lors de cette interaction, les aiguilles des boussoles atomiques s'orientent non seulement dans la direction nord-sud, mais aussi dans la direction est-ouest. "La direction vers laquelle elles pointent dépend de la manière dont les atomes voisins s'orientent", explique Luo, premier auteur de l'étude qui vient d'être publiée dans la revue spécialisée "Science". Par exemple, si un groupe d'atomes pointe vers le nord, le groupe voisin pointe toujours vers l'ouest. Si un groupe d'atomes pointe vers le sud, les atomes voisins s'orientent vers l'est.

Ces orientations peuvent être inversées par des champs magnétiques ou des courants électriques, c'est-à-dire du nord au sud et inversement. Les groupes d'atomes voisins se réorientent alors en conséquence, soit d'ouest en est, soit inversement.

Ce qui est extraordinaire ici, c'est que cette interaction se déroule latéralement, c'est-à-dire latéralement dans un plan. Jusqu'à présent, des couplages comparables entre nano-aimants n'avaient pu être constatés que verticalement, c'est-à-dire lorsque les groupes d'atomes étaient superposés.

Le phénomène observé conjointement par des chercheurs du PSI et de l'ETH permet de développer des réseaux magnétiques dans un plan. Cela permet notamment de fabriquer des antiferromagnétiques dits synthétiques. Dans ces antiferromagnons, des groupes d'atomes pointent à intervalles réguliers soit vers le nord, soit vers le sud. Le nombre de nano-aimants orientés en sens inverse est à peu près le même, de sorte qu'ils se neutralisent mutuellement au total. C'est pourquoi les antiferromagnétiques ne ressemblent pas à première vue à des aimants - par exemple, ils n'adhèrent pas à la porte d'un réfrigérateur.

Les atomes voisins, orientés soit vers l'ouest, soit vers l'est, agissent comme des entretoises entre les aimants, orientés vers le nord ou vers le sud et ne mesurant chacun que quelques nanomètres. Il est ainsi possible, par exemple, de construire de nouvelles mémoires et de nouveaux commutateurs informatiques plus efficaces, ce qui augmente à son tour la performance des microprocesseurs.

Portes logiques pour ordinateurs

Les nano-aimants individuels, orientés soit vers le nord soit vers le sud, se prêtent à la construction de ce que l'on appelle des portes logiques. Une telle porte est un composant d'un ordinateur et fonctionne comme une sorte d'interrupteur. Les signaux entrent dans ces portes et sont ensuite traités pour obtenir un signal de sortie. Dans un ordinateur, plusieurs de ces portes sont mises en réseau pour effectuer des opérations. Un tel composant informatique peut également être construit à l'aide de nano-aimants qui pointent vers le nord ou le sud. Ces derniers sont comparables aux processeurs à transistors actuels, qui traitent les signaux sous forme binaire, c'est-à-dire qu'ils interprètent tous les signaux comme étant zéro ou un. Des nano-aimants orientés soit vers le nord, soit vers le sud, peuvent également faire cela. Cela pourrait rendre les microprocesseurs plus compacts et plus efficaces.

Selon Pietro Gambardella, professeur de magnétisme et de physique des interfaces à l'ETH Zurich, qui a dirigé cette étude avec Laura Heyderman, "ce travail offre une plateforme pour concevoir des arrangements de nano-aimants en réseau et obtenir un contr?le entièrement électrique de portes logiques planaires et de dispositifs de stockage".

Les chercheurs ont obtenu leurs résultats en laboratoire et à la Source de Lumière Synchrotron Suisse SLS du PSI.