Une mémoire magnétique de la taille d’un atome

Des physiciens viennent de présenter une mémoire magnétique à base de terre rare qui stocke un bit d’information, de façon stable, sur un seul atome. La prouesse n’est cependant possible qu’à basse température.

La course à la miniaturisation dans le domaine de l’électronique et des mémoires magnétiques a révolutionné notre vie au cours des 20 dernières années. Elle se poursuit actuellement avec l’essor des nanosciences et c’est elle qui permet aujourd’hui à Stephen Hawking et Youri Milner d’envisager sérieusement de rejoindre le système d’Alpha du Centaure avec une sonde interstellaire dans 50 ans tout au plus.

La course aux mémoires magnétiques de plus en plus dense prend appui sur des idées assez anciennes puisqu’on peut les faire remonter au tout début du XXe siècle lorsque Paul Langevin a repris l’hypothèse d’Ampère sur l’existence de petites boucles microscopiques de courants dans la matière, pour expliquer le paramagnétisme et le diamagnétisme à l’aide de la toute jeune théorie des électrons d’Hendrik Lorentz. En 1907, un autre chercheur français, Pierre Weiss, avait lui proposé une théorie pour rendre compte du ferromagnétisme des aimants.

Disque dur

Un exemple de mémoire magnétique, un disque dur d’ordinateur. Il peut être utilisé à température ambiante.

Le ferromagnétisme ne sera vraiment compris qu’en utilisant une description quantique des électrons. En effet, la mécanique quantique dote ces particules élémentaires de propriétés qui permettent de les considérer comme des sortes de petites toupies aimantées parce qu’elles possèdent une charge électrique, mais aussi parce qu’ils ont un spin (valant 1/2 en unité de moment cinétique) et donc un moment magnétique. Placées dans un champ magnétique, elles peuvent alors s’orienter parallèlement ou antiparallèlement à ce champ. Si l’on adopte une convention pour associer à chacune de ces directions un « 0 » ou un « 1 », on peut en théorie utiliser les électrons pour réaliser des mémoires ou des supports d’opération logique.

En fait, les mémoires magnétiques sont des collections d’atomes avec un électron dont le spin est orienté dans une direction. On a donc des domaines d’aimantation qui portent un bit d’information. Augmenter la densité des informations stockées dans un milieu magnétique revient donc à diminuer le nombre d’atomes dans chaque domaine d’aimantation, sous réserve que cette aimantation reste stable.

Holmium

Un échantillon très pur d’holmium, élément chimique de symbole Ho et de numéro atomique 67. C’est une terre rare que l’on utilise pour fabriquer des aimants et des supraconducteurs.

Un groupe international de chercheurs, dont certains sont membres de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), vient de faire savoir dans un article publié dans Science qu’il était parvenu à construire une mémoire magnétique où les bits d’information peuvent être enregistrés sur un seul atome et qui est la plus stable à ce jour. Pour réussir cet exploit, les physiciens ont utilisé un métal du groupe des terres rares, l’holmium (son nom dérive de Holmia, pour Stockholm en latin). Il est extrait, comme la plupart des terres rares, de la monazite, qui en contient environ 0,05 %, et il possède le moment magnétique le plus élevé de tous les éléments.

Ces atomes ont été placés sur un film ultrafin d’oxyde de magnésium. À température ambiante, les interactions thermiques ne permettent pas d’obtenir une aimantation stable, c’est-à-dire une rémanence thermomagnétique comme on dit dans le jargon technique. Mais à 40 kelvins, c’est possible. La température reste particulièrement basse puisqu’elle équivaut à -233,15 °C mais elle constitue néanmoins un nouveau record puisque c’est la plus élevée obtenue permettant d’enregistrer un bit magnétique sur l’orientation du spin d’un seul atome. En fait, le record est double parce qu’auparavant, de 3 à 12 atomes étaient nécessaires pour des températures bien plus basses.

Il ne s’agit que d’une curiosité de laboratoire mais peut-être aura-t-elle un impact dans le domaine des calculateurs quantiques du futur.

Source : Futura-Sciences

Advertisements

Laisser un commentaire

Entrez vos coordonnées ci-dessous ou cliquez sur une icône pour vous connecter:

Logo WordPress.com

Vous commentez à l'aide de votre compte WordPress.com. Déconnexion / Changer )

Image Twitter

Vous commentez à l'aide de votre compte Twitter. Déconnexion / Changer )

Photo Facebook

Vous commentez à l'aide de votre compte Facebook. Déconnexion / Changer )

Photo Google+

Vous commentez à l'aide de votre compte Google+. Déconnexion / Changer )

Connexion à %s