Une collaboration de recherche internationale a découvert certaines propriétés fascinantes du tellurure de germanium dopé au manganèse (GeTe dopé au Mn), un matériau multiferroïque, prometteur pour l’avenir de l’informatique économe en énergie.
Les multiferroïques constituent une classe unique de matériaux qui peuvent être à la fois magnétisés et polarisés, ce qui signifie qu’ils sont sensibles aux champs magnétiques et électriques.
Le fait de réunir ces deux propriétés dans un seul matériau a rendu les multiferroïques très intéressants à des fins de recherche et commerciales avec des applications potentielles allant de l’électronique avancée au stockage de mémoire de nouvelle génération. En comprenant et en exploitant les propriétés de ces éléments, les chercheurs visent à développer des technologies plus efficaces, plus compactes, voire économes en énergie.
Dans le cas du GeTe dopé au Mn, la partie « dopé » du nom signifie simplement qu’une petite quantité d’atomes de manganèse a été introduite dans la structure cristalline du tellurure de germanium pour modifier ses propriétés.
GeTe dopé au Mn est connu pour ses propriétés ferroélectriques et magnétiques uniques. Mais la nouvelle étude, parue dans Communications naturelles, a maintenant découvert qu’il possède également un ordre magnétique distinct des ferromagnétiques typiques, tels que le fer, qui s’alignent avec un champ magnétique. Au lieu de cela, les scientifiques ont découvert que GeTe dopé au Mn présente les caractéristiques d’un ferrimagnétique.
Un ferrimagnétique est comme deux aimants de forces légèrement différentes superposés l’un sur l’autre. La découverte du comportement de GeTe dopé au Mn signifie qu’il permet une plus grande flexibilité pour contrôler la direction de l’aimantation, une caractéristique essentielle pour plusieurs technologies.
Cela s’est avéré important, car cela a permis aux scientifiques de développer une méthode permettant d’améliorer l’efficacité du changement de direction de magnétisation de six ordres de grandeur stupéfiants.
Au lieu de faire cela de la manière traditionnelle consistant à appliquer une forte impulsion de courant au GeTe dopé au Mn, ils ont plutôt utilisé un petit courant électrique (AC) fluctuant constamment, suivi d’un petit coup de courant au bon moment, un peu comme si on poussait un swing au bon moment pour le faire monter plus haut avec moins d’effort. Les chercheurs ont baptisé ce phénomène « résonance stochastique ».
Ce petit « coup de pouce » a provoqué un changement qui s’est propagé rapidement dans tout GeTe dopé au Mn, comme une ondulation dans un étang. Cela est dû au fait que le matériau se comporte un peu comme un solide et un peu comme un liquide – essentiellement un verre : une modification dans une partie provoque une réaction en chaîne qui modifie les autres parties.
En d’autres termes, l’interrupteur magnétique s’est propagé rapidement à travers le GeTe dopé au Mn par le biais d’excitations collectives, qui sont des mouvements collectifs coordonnés d’un grand nombre de spins électroniques dans le matériau.
« Cela est possible parce que le système forme un verre de spin corrélé, où les moments magnétiques locaux sont dans un état vitreux, semblable aux atomes dans une fenêtre à l’ancienne », a déclaré Hugo Dil, co-auteur de l’étude, dans un communiqué aux médias. . « Si un spin est forcé de changer d’orientation, cette information se propagera comme une onde à travers l’échantillon et provoquera également le changement des autres moments magnétiques. »
Selon Dil, pour les applications technologiques, cette augmentation de l’efficacité de commutation est très intéressante.
« Cela pourrait éventuellement conduire à des ordinateurs qui auraient besoin de moins d’un millionième de l’énergie actuellement requise pour commuter un peu. Cependant, en tant que physicien, ce qui m’intrigue vraiment, c’est le comportement collectif. Nous prévoyons actuellement des expériences résolues dans l’espace et dans le temps pour suivre comment ces excitations se propagent et comment nous pouvons les contrôler », a-t-il déclaré.
