Des nano-aimants oscillant de manière synchrone

Des physiciens américains ont montré que deux aimants de taille nanométrique peuvent être élaborés de telle manière à osciller en phase lorsqu'ils sont placés l'un près de l'autre. Le phénomène, qui est analogue à la façon dont les balanciers de deux horloges montées sur un même mur deviennent synchrones par l'intermédiaire d'un faible couplage acoustique, produit une émission micro-onde stable. Le dispositif pourrait ainsi remplacer des composants encombrants et onéreux qui opèrent suivant le même principe de "verrouillage de phase" dans des appareils tels que les téléphones portables et les systèmes radar. Les aimants peuvent également servir de minuscules récepteurs qui permettraient à des puces de communiquer entre elles sans être en contact, augmentant ainsi considérablement les capacités de traitement des ordinateurs.


Les équipes de Shehzaad Kaka du NIST (National Institute of Standards and Technology) à Boulder et de Fred Mancoff de Freescale Semiconductor Inc. en Arizona ont conçu leurs nano-aimants à partir de deux films magnétiques d'épaisseurs différentes séparés par une couche non magnétique. Les couches ont été modelées en utilisant une technologie standard pour les semi-conducteurs, permettant aux équipes de produire des aimants dont la taille ne dépasse pas 100 nanomètres. Le dispositif du NIST, par exemple, se compose d'unités circulaires d'un diamètre de 50 nanomètres.

Quand un courant continu est appliqué à un tel dispositif, la nature magnétique des couches provoque l'alignement du spin des électrons du courant dans la même direction. Dans le dispositif du NIST ce courant à spin polarisé induit un "couple de rotation" qui provoque une commutation alternative de la direction de la magnétisation dans le dispositif. Dans le dispositif de Freescale, le spin des électrons dans le courant est transféré du premier film au second, provoquant là encore l'oscillation de la magnétisation.

Ces oscillations produisent des micro-ondes qui peuvent être accordées depuis quelques gigahertz à plusieurs dizaines de gigahertz en modifiant simplement le courant ou en appliquant un champ magnétique externe. De plus, quand deux nano-aimants sont placés très près l'un de l'autre (à 500 nm de distance dans le cas du NIST et 200 nm pour le dispositif de Freescale) et que certaines combinaisons de courants sont appliquées, ils se mettent à osciller de façon synchrone. Ce système de verrouillage de phase produit un signal micro-onde deux fois plus intense que celui produit par un aimant simple, ce qui est en fait la preuve expérimentale du phénomène.

Les deux équipes pensent que ce phénomène devrait se produire dans des grilles contenant plus de deux nano-aimants oscillants. Un oscillateur individuel produit un signal de l'ordre de 10 nanowatts, mais de petites rangées de 10 nano-oscillateurs pourraient produire plus de 1 microwatt. En outre, le rayonnement produit est fortement directionnel, ce qui rend de tels dispositifs potentiellement utiles pour les émetteurs et les récepteurs sans fil. Les chercheurs projettent maintenant de déterminer plus finement le mécanisme qui se cache derrière les oscillations.