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La spintronique, qui manipule à la fois la charge et le spin des électrons, a déjà des applications importantes dans la vie courante, par exemple les mémoires magnétiques de nos disques durs. Cette technologie a permis la mise sur le marché des ordinateurs portables, des clés MP3 et des téléphones mobiles dernier cri. Crédit : K. Inomata
Dans le film Planète rouge, les héros se repèrent sur Mars en 2050 à l'aide d'un ordinateurordinateur et d'un écran prenant la forme d'une simple feuille de matière plastiquematière plastique qu'ils peuvent rouler comme un parchemin. On pourrait croire un tel dispositif destiné à rester du domaine de la science-fiction... s'il n'existait déjà. Ces écrans souples, cependant, ne sont tout de même pas encore aussi spectaculaires que dans ce film.
L'idée d'un ordinateur que l'on pourrait intégrer dans l'épaisseur d'un tel rouleau ne semble pas non plus complètement fantaisiste car on travaille déjà sur des transistors transparents. On peut citer également l'exemple du Morph de Nokia qui, bien qu'à l'état de projet, ne semble pas relever d'un fantasme irréalisable.
La performance d'un groupe de chercheurs du Magnetic and Electronic Polymer Laboratory de l'Ohio State University, mené par Arthur J. Epstein, donne plus de poids à ces idées. Lui et ses collègues viennent en effet de publier dans le journal Nature Materials un article décrivant la réalisation d'une mémoire d'ordinateur en plastique. La clé de leur succès : la spintronique.
Une nouvelle électronique
Les dispositifs d'électronique classiques manipulent uniquement la charge d'un électron. De l'information peut ainsi être enregistrée sous la forme d'un nombre de charges piégées dans un semi-conducteur, comme c'est le cas des capteurscapteurs CCDCCD. On peut aussi associer la valeur 1 à la présence d'une charge et 0 à son absence dans un dispositif électronique, ce qui permet de stocker des données en binairebinaire. Mais manipuler des charges électriques est coûteux en énergie, ce qui conduit à des pertes sous forme de chaleur.
On sait en revanche enregistrer des données en utilisant des matériaux magnétiques. Selon le sens de l'aimantationaimantation d'un domaine magnétique composé d'un grand nombre d'atomesatomes, vers le haut ou vers le bas, on code ainsi des 0 et des 1 sur un support magnétique. Or, l'aimantation d'un matériaumatériau est liée à ce qu'on appelle le spinspin des électrons. Le spin d'un électron indique que lui-même peut être vu comme une aiguille aimantée élémentaire, orientable dans un champ magnétiquechamp magnétique. En théorie, on pourrait atteindre une densité de stockage d'information énorme si on utilisait un seul électron pour un bit d'information. Surtout, manipuler l'orientation dans l'espace du spin d'un électron est bien moins gourmand en énergie et dissipe bien moins de chaleur.
On a ainsi développé récemment une nouvelle électronique qui profite aussi bien de la charge que du spin de l'électron. C'est cela la spintronique.
Epstein et ses collaborateurs ont donc réussi à utiliser pour stocker des données un polymèrepolymère semi-conducteur magnétique, le tetracyanoethanide de vanadiumvanadium. Ce matériau est d'ailleurs le premier aimantaimant organique fonctionnant à température ambiante. On peut transférer sur lui des électrons et les orienter dans un sens avec un faible champ magnétique. Les électrons peuvent alors passer dans une couche de matériau ferromagnétiqueferromagnétique classique, mais seulement si le spin des électrons y est orienté de la même manière. Ainsi, on peut lire des données juste en déterminant si la résistancerésistance est faible (les électrons passent facilement) ou élevée (le transfert de charges est très limité). C'est exactement ce qu'il faut pour réaliser des dispositifs spintroniques légers, économes et flexibles.
Un test a d'ailleurs été réalisé par des chercheurs de l'Université de Wisconsin-Madison pour savoir si la mémoire en plastique ainsi créée pouvait permettre un bon stockage et une bonne lecture d'informations. La réponse est oui. Tout s'est passé comme si on était en présence d'une mémoire magnétique standard. On devrait donc s'attendre à voir des dispositifs de ce genre dans la vie courante dans un avenir pas trop éloigné.
