Des chercheurs de l'Institut allemand de technologie de Karlsruhe (KIT) sont parvenus pour la première fois à écrire, lire et enregistrer des informations à l'échelle nanométrique sous forme magnétique et à l'aide d'un champ électrique.
Actuellement, les technologies les plus courantes d'enregistrement de données sur un disque dur consistent à lire et écrire des informations à l'aide d'un champ magnétique. L'unité d'information sur le disque dur, un bit, doit avoir des dimensions aussi réduites que possibles, afin d'augmenter la capacité du support de stockage. L'écriture par champ magnétique rencontre cependant des limites intrinsèques de miniaturisation, ce qui incite les scientifiques à trouver des nouvelles solutions d'enregistrement.
Ilot de fer avant et après commutation par un champ électrique.
A gauche, le domaine antiferromagnétique domine (en bleu),
Alors qu’à droite, après l’impulsion, c’est le domaine ferromagnétique qui domine (en jaune)
Une de ces alternatives est le couplage électromagnétique : les informations, toujours stockées sous forme de champ magnétique, sont écrites à l'aide d'un champ électrique. Ce phénomène intervient notamment dans des isolants complexes. Cependant, il n'intervient pas à l'intérieur des métaux, car la charge de surface induite vient faire écran au champ électrique à la surface du métal. Plus précisément, sous l'influence du champ électrique, les électrons de surface chargés négativement et les corps des atomes chargés positivement se déplacent légèrement (typiquement sur une épaisseur d'une couche atomique) et contribuent ainsi à la formation de la charge de surface. Suivant la direction du champ électrique, l'écart entre les atomes des deux couches supérieures diminue ou augmente de quelques picomètres (milliardièmes de millimètres), qui suffisent à influencer l'ordre magnétique dans le fer.
Dans ce projet, les chercheurs ont employé un système de 2 couches d'atomes de fer sur un substrat de cuivre. Les calculs théoriques avaient prédit que des informations pourraient être stockées sur ce système par couplage électromagnétique. La mise en oeuvre expérimentale a été réalisée à l'aide d'un microscope à effet tunnel capable à la fois de permettre l'observation de surfaces métalliques et de fournir le champ magnétique extrêmement intense nécessaire, d'une tension d'un milliard de Volts par mètre. Comme prédit, des bits magnétiques de 1 nanomètre x 2 nanomètres ont pu être écrits à l'aide du champ magnétique local sous la fine pointe du microscope à effet tunnel.
Les travaux ont été réalisés en coopération entre les centres de recherche de Jülich et Garching pour les calculs théoriques (réalisés à l'aide de supercalculateurs), le KIT pour la microscopie à effet tunnel et l'Institut Max-Planck de physique des microstructures et l'Université de Halle (Saxe-Anhalt) pour la coordination et la mise en pratique du projet.
