De nouveaux matériaux magnéto-électriques promettent des progrès dans l'informatique

 
mars 6 2013

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Illustration d’une cage d'europium et d'un treillis d’oxyde de titane étudié dans une expérience sur les matériaux magnéto-électriques.

L'effet magnéto-électrique

Bien que les scientifiques aient pris conscience que le magnétisme et l'électricité sont les deux faces d'une même médaille proverbiale depuis près de 150 ans, les chercheurs tentent encore de trouver de nouvelles façons d'utiliser le comportement électrique d'un matériau pour influer sur son comportement magnétique ou inversement. 

Les physiciens ont mis au point de nouvelles méthodes de contrôle de l'ordre magnétique dans une classe particulière de matériaux dit "magnéto-électriques". Les magnéto-électriques tirent leur nom du fait que leurs propriétés magnétiques et électriques sont couplées les unes aux autres. Ce lien physique permet potentiellement le contrôle de leur comportement magnétique par l’intermédiaire d'un signal électrique ou inversement. C’est pourquoi les scientifiques ont montré un intérêt particulier pour les matériaux magnéto-électriques. On doit cette nouvelle découverte à une équipe internationale de chercheurs dirigée par l’US Department of Energy Laboratory de l’Argonne National.

Philip Ryan« L'électricité et le magnétisme sont intrinsèquement couplés, ils sont la même entité. », a déclaré Philip Ryan, un physicien de l'Argonne Advanced Photon Source. « Notre recherche vise à accentuer le couplage entre les paramètres électriques et magnétiques subtilement pour modifier la structure de la matière. »

Modifier la nature magnétique d'une molécule avec un champ électrique

L'équipe dirigée par l’Argonne mit l'accent sur le composé "EuTiO3" (Europium d’oxyde de titane), qui a une structure simple atomique et qui lui convenait particulièrement bien pour l'expérience.

L'atome de titane se trouve au milieu d'une cage construite d’europium et d’atomes d'oxygène. Par la compression de la première cage puis par la croissance d'un mince film de cristal sur l’europium d’oxyde de titane et en appliquant une tension, le titane est légèrement décalé, polarisé électriquement et le système a surtout changé l'ordre magnétique du matériau.

« L'europium et le titane se combinent pour contrôler les deux propriétés », dit Ryan. « La position du titane influe sur le comportement électrique, tandis que l'europium génère la nature magnétique. Il y a une responsabilité partagée pour le comportement de couplage du système. »

Cette nouvelle approche de contre-couplage magnéto-électrique pourrait s'avérer une étape importante vers le développement de mémoire de stockage de nouvelle génération, l'amélioration des capteurs de champ magnétique et de nombreuses autres applications à long terme. Malheureusement, les scientifiques ont encore du chemin à faire pour appliquer ce matériau dans des dispositifs commerciaux.

Les potentiels en mémoires magnétiques et électriques ont chacun un appel distinct pour les chercheurs. Les mémoires électriques, comme celles utilisées dans l'électronique d'aujourd'hui et qui permettent aux ordinateurs d'écrire rapidement et efficacement des données. Les mémoires magnétiques sont également moins énergétiques et ils sont extrêmement robustes.

« Plus nous en apprenons sur les magnéto-électriques, plus nous ouvrons cet espace qui nous donne le meilleur des deux mondes », dit Ryan.

Les paramètres électriques et magnétiques de ces matériaux particuliers sont si étroitement liés que les ingénieurs peuvent également être en mesure de les utiliser à l'avenir pour créer des mémoires non binaires.

« Au lieu d'avoir un '0' ou un '1', vous pourriez avoir un plus large éventail de valeurs différentes. » dit Ryan. « Beaucoup de gens sont à la recherche de ce que à quoi pourrait ressembler ce genre de logique. »

Un document basé sur la recherche, le « Reversible control of magnetic interactions by electric field in a single-phase material » a été publié dans la revue scientifique Nature Communications.

Fourni par l'Argonne National Laboratory

Source : Ryan, P., Kim, J., Birol, T., Thompson, P., Lee, J., Ke, X., Normile, P., Karapetrova, E., Schiffer, P., Brown, S., Fennie, C., & Schlom, D. (2013). Reversible control of magnetic interactions by electric field in a single-phase material Nature Communications, 4 DOI: 10.1038/ncomms2329

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