#LePapierdumois de mars : Les skyrmions dans des mémoires magnétiques, un nouveau pas vers l’informatique de demain
Les skyrmions magnétique sont des nanobulles magnétiques pressenties comme future bits d’information dans les mémoires. Olivier Boulle, chercheur CNRS au laboratoire SPINTEC à Grenoble, des membres de son laboratoire et du Projet Ciblé CHIREX ont montré qu’il était possible de les créer et de les détecter électriquement dans des jonctions tunnel magnétiques (MTJ) avec un très fort signal. Ces résultats semblent indiquer des perspectives prometteuses pour améliorer le stockage et le traitement de l’information de façon plus efficace et économe en énergie dans les ordinateurs
Les skyrmions sont des textures magnétiques aux propriétés fascinantes. Cette quasi-particule magnétique peut atteindre des tailles allant jusqu’à quelques nanomètres et est composée de nanoaimants élémentaires (« spins ») qui s’enroulent progressivement pour former une structure spirale très stable, comme un nœud bien serré. Les skyrmions peuvent aussi être manipulés par des courants électriques très faibles. Cela ouvre la porte à leur emploi comme supports d’information dans les systèmes informatiques. Plusieurs propositions de dispositifs mémoire et de logique ont émergé, offrant la perspective d’une densité d’informations considérable et d’une consommation d’énergie réduite.
Figure 1 (gauche) La jonction tunnel magnétique est composé d’un empilement de couches magnétiques. Un skyrmion magnétique est créé dans une des couches de la jonction à l’aide d’une tension électrique et est observé à l’aide du faisceau de rayon x. (droite) Image de microscopie magnétique à rayon x d’un skyrmion magnétique dans la jonction tunnel magnétique. La création du skyrmion magnétique a entrainé une variation de la résistance de la jonction de 470 W Ω.
Olivier Boulle, chercheur CNRS au laboratoire SPINTEC à Grenoble, des membres de son laboratoire et du Projet Ciblé CHIREX ont fait un pas important vers la réalisation de ces dispositifs en montrant que les skyrmions magnétiques pouvaient être créés et détectés électriquement avec de très forts signaux électriques, jusqu’à 100 000 fois plus grands que les expériences précédentes. Pour cela, ils/elles ont utilisé les jonctions tunnel magnétiques (MTJ), un dispositif qui est utilisé dans les mémoires magnétiques, tels que les MRAM et les disques durs, pour détecter électriquement l’aimantation. Pour arriver à cette découverte, les chercheur.euse.s ont utilisé un microscope magnétique à rayon X très puissant se trouvant au synchrotron Bessy à Berlin. Ceci leur a permis d’observer les skyrmions magnétiques à travers la jonction tunnel magnétique tout en mesurant sa résistance électrique. Un véritable tour de force expérimental qui a nécessité la fabrication d’une jonction tunnel sur une membrane ultrafine de silicium de quelques centaines de nanomètres (1000 fois moins grand que la taille d’un cheveu) afin de laisser passer les rayons X dans l’échantillon.
Cette découverte ouvre la voie à des dispositifs mémoires, mais aussi « neuromorphiques », tels que des neurones ou synapses artificiels, basés sur les skyrmions. Ces dispositifs offriraient la capacité de reconnaître des voix ou des images avec une consommation énergétique jusqu’à un million de fois inférieure à celle des ordinateurs actuels. Cette avancée représenterait une solution prometteuse à la consommation d’énergie considérable induite par les programmes d’intelligence artificielle.
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Contributeur.trice.s du papier : Joseba Urrestarazu Larrañaga, Naveen Sisodia, Rodrigo Guedas, Van Tuong Pham, Ilaria Di Manici, Aurélien Masseboeuf, Kevin Garello, Florian Disdier, Bruno Fernandez, Sebastian Wintz, Markus Weigand, Mohamed Belmeguenai, Stefania Pizzini, Ricardo C. Sousa, Liliana D. Buda-Prejbeanu, Gilles Gaudin, et Olivier Boulle*
Auteur de cet article : Olivier Boulle, chercheur au CNRS, SPINTEC
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