On cherche à rendre les ordinateurs encore plus petits et moins gourmands en énergie. Une des voies explorées repose sur des structures magnétiques se comportant comme des particules dans certains matériaux. Il faut pouvoir les manipuler comme des électrons. Une équipe internationale vient de battre le record de la vitesse de déplacement de ces quasi-particules magnétiques.
En 2009, des chercheurs allemands de l’université de Cologne et de la Technische Universität München (TUM) à Munich ont mis en évidence l’existence de cristaux de skyrmions magnétiques. C’était une grande première et aujourd’hui une équipe de recherche internationale dirigée par des scientifiques du CNRS a découvert que des skyrmions pouvaient être déplacés à l’aide d’un courant électrique dans certains matériaux magnétiques à des vitesses records, jusqu’à 900 m/s, comme l’explique un article publié dans Science.
D’accord, mais c’est quoi des skyrmions et pourquoi cette avancée est-elle intéressante ?
Le concept de skyrmion a une longue histoire derrière lui ; initialement, il ne relevait pas de l’existence de structures que l’on peut décrire comme des nanobulles magnétiques en physique de la matière condensée. Mais c’est bien le cas aujourd’hui et ces objets prennent place dans la riche théorie des matériaux magnétiques dont on peut trouver une introduction dans les cours de Feynman ou dans le célèbre traité de physique du solide de Charles Kittel, qui avait dirigé en postdoctorat le prix Nobel de physique Pierre-Gilles de Gennes.
Une idée de la physique des particules transposée à la physique du solide
Initialement proposés pour comprendre l’existence des particules élémentaires comme le proton, les skyrmions auraient le potentiel de révolutionner la technologie basée sur la spintronique en conduisant à des mémoires magnétiques encore plus petites et plus généralement, comme l’explique un communiqué du CNRS au sujet de l’article publié à « une grande capacité de calcul et de stockage d’information couplée à une faible consommation d’énergie ».
Pour le dire plus explicitement, des ordinateurs fonctionnant avec ces nanobules magnétiques seraient plus rapides, moins gourmands en énergie et avec des mémoires miniaturisées. Ainsi, les skyrmions ne seraient pas seulement des porteurs de bits d’informations, mais participeraient également aux opérations pour son traitement avec des portes logiques.
Donnons quelques explications supplémentaires en rappelant que dans un milieu magnétique, les atomes sont un peu comme des petits aimants portant des flèches orientées vers une direction. Un paquet d’atomes dont les flèches pointent dans une même direction forme alors une zone magnétisée.
On peut donc se servir des milieux magnétiques pour porter des zones aimantées dans des directions opposées et selon des droites parallèles. Deux zones magnétisées dans ces directions portent ainsi des bits d’informations différentes : 0 et 1.
Des bits magnétiques miniaturisés
On peut faire de même avec des skyrmions magnétiques, notamment dans des couches d’atomes que l’on peut considérer comme des structures en deux dimensions, où l’on peut les voir comme des tourbillons magnétiques tournant dans deux sens opposés.
Pour se convaincre de l’intérêt de la chose, il suffit de savoir que des skyrmions peuvent se former avec une dizaine d’atomes seulement. Or, il faut environ un million d’atomes orientés magnétiquement dans le même sens pour stocker un bit sur un disque dur ou une bande magnétique ordinaire. Maîtriser l’écriture et la lecture de données à l’aide de skyrmions magnétiques est donc une nouvelle voie de recherche qui pourrait faire encore chuter la taille des mémoires magnétiques.