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Posté par Redbran le Mercredi 14/06/2017 à 00:00
Synchroniser deux nano-oscillateurs à transfert de spin

© R. Lebrun et J. Grollier
La synchronisation de nano-oscillateurs spintroniques à courte et longue portée

Pour la première fois, des physiciens ont réussi à synchroniser deux nano-oscillateurs à transfert de spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque particule, qui est caractéristique de la nature de la...) par l’intermédiaire des courants radiofréquences émis par chacun d’entre eux et à contrôler leur rythme commun d’oscillation (Une oscillation est un mouvement ou une fluctuation périodique. Les oscillations sont soit à amplitude constante soit amorties. Elles...).

Ces nano-oscillateurs à transfert de spin sont des oscillateurs micro-onde (Les micro-ondes sont des ondes électromagnétiques de longueur d'onde intermédiaire entre l'infrarouge et les ondes de radiodiffusion. Le...) de taille nanométrique présentant de très nombreux avantages: une plage (La géomorphologie définit une plage comme une « accumulation sur le bord de mer de matériaux d'une taille allant des sables fins aux blocs ». La plage ne se limite donc pas aux étendues de...) d’opération en fréquence très large, des vitesses de modulation ultrarapides, et des procédés de fabrication compatibles avec la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) CMOS. Dans la dernière décennie, de nombreuses études ont mis en évidence les atouts de ces nano-oscillateurs pour le développement d’une nouvelle génération de dispositifs radiofréquences tels que des sources micro-ondes ultra-compactes ou encore des détecteurs de fréquence ultra-rapides. Beaucoup plus récemment, ces nano-oscillateurs ont été envisagés pour le développement de mémoires associatives bioinspirées dans lesquelles ces oscillateurs joueraient le rôle des neurones artificiels. Dans cette perspective, il est crucial de comprendre et maîtriser l’interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de...) à courte et longue distance de ces nano-oscillateurs pour les faire interagir en réseaux, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) comme les neurones interagissent dans le cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens,...) humain par exemple.

Dans cette étude, des physiciens de l’Unité mixte de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général...) CNRS/ Thales (Thalès de Milet appelé communément Thalès (en grec ancien Θαλής / Thalês), était un philosophe présocratique ionien né à Milet vers...) à Palaiseau et du National Institute of Advanced Industrial Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au...) and Technology (AIST) à Tsukuba au Japon ont mis en évidence que les tensions générées par chacun des oscillateurs (inférieures au microvolt) étaient suffisantes pour le faire interagir avec ses proches ou lointains voisins (du nanomètre au mètre) auquel il était jusqu’à maintenant insensible. Leur rythme et leurs propriétés d’oscillation sont accordables à l’échelle du nanomètre grâce aux effets de transferts de spin et à plus longue distance de manière électrique en utilisant une ligne à retard… Une perspective à moyen ou long terme sera de contrôler ce couplage entre oscillateurs grâce à des synapses artificielles appelées des memristors.

Ces résultats publiés dans la revue Nature Communications ouvrent le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de la nanoélectronique à celui de la physique non-linéaire de réseaux d’oscillateurs en interaction et à ses champs applicatifs attendus dans le domaine des dispositifs radiofréquences et du bio-inspiré.


Schéma de principe de la synchronisation électrique de deux nano-oscillateurs vortex à transfert de spin: les oscillations d’aimantation de chaque oscillateur (ici des vortex magnétiques) génèrent deux courants radiofréquences par un phénomène magnéto-résistif. Ces courants se propagent électriquement entre les deux oscillateurs et induisent une interaction mutuelle appelée synchronisation. Les deux oscillateurs oscillent alors en phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) et génèrent alors un seul et même courant hyperfréquence de plus grande amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) et plus cohérent. © R. Lebrun et J. Grollier, Unité mixte de physique CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), Thales, Univ. Paris-Sud, Univ. Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents de...) Saclay

Référence publication:
Mutual synchronization of spin torque nano-oscillators through a longrange and tunable electrical coupling scheme
R. Lebrun, S. Tsunegi, P. Bortolotti, H. Kubota, A.S. Jenkins, M. Romera, K. Yakushiji, A. Fukushima, J. Grollier, S. Yuasa et V. Cros
Nature Communications (2017), doi:10.1038/ncomms15825

Contact chercheur:
Vincent Cros, directeur de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...) CNRS

Informations complémentaires:
Unité mixte de physique CNRS, Thales, Univ. Paris-Sud, Univ. Paris Saclay

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Source: CNRS-INP