Des scientifiques russes ont mis au point une nouvelle classe de matériaux pour l'électronique de spin dans laquelle l'unité d'information sera l'état quantique des électrons - leur spin. Les auteurs ont créé des matériaux multicouches constitués des films magnétiques les plus fins d'éléments des terres rares liés au graphène ou à ses analogues et à un squelette de silicium. Dans cette conception, le graphène non magnétique devient magnétique et sert de support de données. Selon les physiciens, les hétérostructures obtenues pourraient trouver une application dans de nouveaux types d'appareils électroniques et élargir les capacités de la technologie traditionnelle des semi-conducteurs.

Des chercheurs de l'Institut Kurchatov et de l'Institut Prokhorov de physique générale de Russie ont mis au point une nouvelle classe de matériaux pour l'électronique du futur : l'électronique de spin. Cette information a été rapportée à RT par le service de presse de la Fondation russe pour la science (RSF). Les résultats sont publiés dans la revue Small.

Le monde cherche depuis longtemps des alternatives plus compactes et plus efficaces sur le plan énergétique à l'électronique à semi-conducteurs. L'électronique de spin pourrait être l'une de ces solutions : les appareils basés sur ce principe pourraient, par exemple, conserver leur charge plus longtemps que la technologie actuelle. Alors que dans l'électronique conventionnelle, l'information est transférée et stockée par transfert de charge, dans l'électronique de spin, elle est stockée par le biais du spin des électrons. Le spin est une caractéristique quantique des particules. En termes simples, le spin détermine le sens de rotation des électrons et est affecté par un champ magnétique.

Des recherches dans le domaine de l'électronique de spin sont déjà en cours dans le monde et en Russie. Toutefois, en règle générale, les physiciens travaillent avec des matériaux magnétiques ordinaires - des structures tridimensionnelles.

Selon les auteurs de l'étude, il est plus prometteur d'utiliser des films bidimensionnels dont l'épaisseur ne dépasse pas un atome, c'est-à-dire des aimants bidimensionnels en sous-monocouche. Ces films magnétiques sont plus sensibles aux influences magnétiques, ce qui est important pour créer une électronique de spin.

Le graphène, film composé d'atomes de carbone ordonnés en un réseau cristallin bidimensionnel, suscite également depuis longtemps un grand intérêt chez les physiciens travaillant dans ce domaine. Selon les scientifiques, le graphène constituerait un matériau idéal pour l'électronique de spin si on lui conférait des propriétés magnétiques.

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Des chercheurs ont réussi à résoudre le problème. Les physiciens ont découvert que les films magnétiques les plus fins d'europium, un métal des terres rares, superposés à une couche de graphène ou de silicène, son analogue en silicium, présentent de fortes propriétés ferrimagnétiques. Elles sont si fortes qu'elles rendent le graphène ou le silicène magnétiques. Le germane, un film de germanium dont la structure cristalline bidimensionnelle est similaire à celle du graphène, a un effet similaire.

Dans leurs nouveaux travaux, les scientifiques ont combiné des couches d'un seul atome de graphène (ou de ses analogues) et d'europium et les ont appliquées sur un substrat de silicium. En raison de la présence de l'aimant 2D de l'europium, le graphène a également acquis des propriétés magnétiques - l'ensemble de la structure est une hétérostructure qui pourrait trouver une application dans l'électronique de spin.

La couche magnétique peut contrôler le spin des électrons dans le graphène, et comme ces matériaux sont compatibles avec le silicium, de telles solutions pourraient également compléter la technologie conventionnelle des semi-conducteurs.

"Dans nos travaux, nous avons montré qu'il est possible d'intégrer du graphène avec un aimant sous-monocouche à la surface du silicium. Cette structure permet de polariser le spin des porteurs de charge dans le graphène. Nous espérons que la spintronique du graphène pourra constituer la base de nouvelles technologies de stockage et de transmission de l'information. Nous prévoyons d'intégrer des aimants sous-monocouches à divers matériaux bidimensionnels pour créer des dispositifs d'électronique de spin", explique Vyacheslav Storchak, chef du projet subventionné par la Fondation russe pour la science, professeur, docteur en sciences physiques et mathématiques, chef du laboratoire des nouveaux éléments nanoélectroniques de l'Institut Kurchatov.

Publié le 18 Avril 2023 par Nadezhda Alexeeva, Ekaterina Kiiko sur RT Russie

Lien :
https://russian.rt.com/science/article/1137250-spin-elektronika-novyi-material

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