Une étude récente a découvert « l'effet Hall orbital », un phénomène qui pourrait améliorer considérablement le stockage des données dans les futurs appareils informatiques. Cette découverte implique la génération d’énergie électrique à partir du mouvement orbital des électrons, offrant ainsi des avancées potentielles dans le domaine de la spintronique qui conduiront à des matériaux magnétiques plus efficaces, plus rapides et plus fiables.
Dans le cadre d'une nouvelle avancée, les chercheurs ont utilisé une nouvelle technique pour confirmer un phénomène physique jusqu'alors inconnu qui pourrait être utilisé pour améliorer le stockage des données dans les appareils informatiques de nouvelle génération.
Les mémoires spintroniques utilisées dans les ordinateurs et satellites avancés exploitent les états magnétiques générés par le moment cinétique intrinsèque des électrons pour le stockage et la récupération de données. Selon le mouvement physique des électrons, le spin électronique produit des courants magnétiques. Ceci est connu sous le nom d'« effet Hall de spin » et constitue une application clé des matériaux magnétiques dans de nombreux domaines différents, de l'électronique de faible puissance à la mécanique quantique fondamentale.
Récemment, des scientifiques ont découvert que les électrons peuvent également générer du courant électrique grâce à un deuxième type de mouvement : le moment cinétique orbital, similaire à l'orbite de la Terre autour du Soleil. C'est ce qu'on appelle "l'effet Hall orbital", a déclaré Roland Kawakami, co-auteur de l'étude et professeur de physique à l'Ohio State University.
Les théoriciens prédisent qu’en utilisant des métaux de transition légers – des matériaux avec des courants Hall de spin plus faibles – les courants magnétiques générés par l’effet Hall orbital seront plus faciles à détecter. Mais cette étude, dirigée par Igor Lyalin, étudiant diplômé en physique et publiée dans la revue Physical Review Letters, montre un moyen d'observer cet effet.
"Divers effets Hall ont été découverts depuis des décennies", a déclaré Kawakami. "Mais ces courants orbitaux sont en réalité un concept nouveau. La difficulté est qu'ils sont mélangés aux courants de spin des métaux lourds typiques, et il est difficile de les distinguer."
Au lieu de cela, l'équipe de Kawakami a démontré l'effet Hall orbital en détectant l'accumulation potentielle du moment cinétique orbital des atomes métalliques en réfléchissant la lumière polarisée (dans ce cas, la lumière laser) sur divers films minces de chrome métallique léger. Après près d'un an de mesures minutieuses, les chercheurs ont détecté des signaux magnéto-optiques clairs, montrant que les électrons rassemblés à une extrémité du film présentent de fortes caractéristiques d'effet Hall orbital.
"Cette détection réussie pourrait avoir un impact énorme sur les futures applications de spintronique", a-t-il déclaré. "Le concept de spintronique existe depuis environ 25 ans et, même s'il s'est révélé excellent dans diverses applications de mémoire, les gens tentent désormais d'aller plus loin. L'un des principaux objectifs dans ce domaine est désormais de réduire la consommation d'énergie, car c'est le facteur limitant dans l'amélioration des performances."
La réduction de l’énergie totale requise pour le bon fonctionnement des futurs matériaux magnétiques pourrait potentiellement permettre une consommation d’énergie inférieure, des vitesses plus élevées et une plus grande fiabilité, et contribuer à prolonger la durée de vie de la technologie. L’utilisation de courants orbitaux au lieu de courants de spin peut permettre d’économiser du temps et de l’argent à long terme.
Les chercheurs notent que cette étude ouvre la voie à une meilleure compréhension de la façon dont ces phénomènes physiques étranges se produisent dans d’autres types de métaux, et ils espèrent continuer à approfondir le lien complexe entre l’effet Hall de spin et l’effet Hall orbital.
Référence : « Détection magnéto-optique de l'effet Hall orbital dans le chrome » par Igor Lyalin, Sanaz Alikhah, Marco Berritta, Peter M. Oppeneer et Roland K. Kawakami, 11 octobre 2023, « Physical Review Letters ».
DOI:10.1103/PhysRevLett.131.156702
Source compilée : ScitechDaily