Multiplier par 100 la vitesse d'écriture des mémoires magnétiques

Publié par Adrien le 20/12/2020 à 09:00
Source: CNRS INP
Des chercheurs et des chercheuses ont retourné l'aimantation d'un film magnétique à l'aide d'une impulsion électrique de seulement 10-12 secondes. Cela ouvre la voie à l'enregistrement de données à très grande vitesse.

L'électronique de spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque...), combinant l'électronique et le magnétisme (Le magnétisme est un phénomène physique, par lequel se manifestent des forces...), a débuté en 1988 par la découverte de la magnétorésistance géante (Une étoile géante est une étoile de classe de luminosité II ou III. Dans le...). Depuis, des phénomènes nouveaux ont été mis en évidence, comme le renversement de nanoaimants par l'action seule d'un courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge...). Ces deux phénomènes ont eu d'importantes retombées technologiques, comme la mise au point (Graphie) de capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une...) de champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux...), utilisés notamment dans les têtes de lecture des disques durs et les mémoires magnétiques tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) solide (MRAM). Ces dernières offrent l'avantage de la non-volatilité de l'information: la mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir...) n'est pas perdue quand le système est éteint. Cela représente donc une possible solution pour la diminution de la consommation électrique de nos mémoires dites vives (celles proches du processeur). Cependant, à l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur...) actuelle, la mémoire MRAM reste encore trop lente (La Lente est une rivière de la Toscane.) en écriture, le renversement d'un nanoaimant pour l'écriture prenant un temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) de l'ordre de la nanoseconde.


Image de microscope de l'échantillon type, qui permet la génération d'impulsions électriques picosecondes et leur injection (Le mot injection peut avoir plusieurs significations :) dans les structures magnétiques.

Les travaux réalisés par des scientifiques de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) Jean Lamour (IJL, CNRS/Univ. de Lorraine), du Centre de nanosciences et de nanotechnologies (C2N, CNRS/Univ. Paris-Saclay/Univ. de Paris) et des universités de Berkeley et de Riverside aux États-Unis, démontre la possibilité de multiplier par presque 100 la vitesse (On distingue :) d'écriture d'une information magnétique, pour atteindre des durées de seulement quelques picosecondes. Pour cela, les chercheurs et les chercheuses ont généré des impulsions électriques de 6 picosecondes à l'aide d'interrupteurs optoélectroniques actionnés par une impulsion laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique)...), et les ont injectées dans un empilement mince de platine (Le platine est un élément chimique de symbole Pt et de numéro atomique 78.), cobalt (Le Cobalt est un élément chimique, de symbole Co et de numéro atomique 27 et de...), cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre...) et tantale.

Le résultat: un retournement complet de l'aimantation après le passage d'une seule impulsion de courant, la direction d'aimantation finale étant déterminée par la polarité du courant. Les scientifiques attribuent l'origine du retournement à un mécanisme connu sous le nom de couple de spin-orbite. De plus, selon leurs estimations, dans ce régime ultra-rapide, le chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un...) dû au passage du courant peut même faciliter le retournement de l'aimantation. Les premières estimations du coût énergétique par opération sont très prometteuses. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Electronics.

Ces techniques expérimentales sont en rupture avec les techniques conventionnelles, et devraient permettre d'améliorer notre compréhension de l'électronique de spin, tout en accélérant la vitesse d'écriture des MRAM actuelles.

Référence:
Spin-orbit torque switching of a ferromagnet with picosecond electrical pulses.
Kaushalya Jhuria, Julius Hohlfeld, Akshay Pattabi, Elodie Martin, Aldo Ygnacio Arriola Córdova, Xinping Shi, Roberto Lo Conte, Sebastien Petit-Watelot, Juan Carlos Rojas-Sanchez, Gregory Malinowski, Stéphane Mangin, Aristide Lemaître, Michel Hehn, Jeffrey Bokor, Richard B. Wilson & Jon Gorchon, Nature Electronics, le 29 octobre 2020.
DOI: 10.1038/s41928-020-00488-3
Article disponible sur les bases d'archives ouvertes HAL et arXiv
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