À une époque marquée par une crise énergétique croissante, le monde est au bord d’une révolution transformatrice de la technologie de spintronique, promettant une consommation d’énergie ultra-faible associée à des performances supérieures. Pour illustrer le potentiel, considérez ceci : la puissance consommée par AlphaGo lors de son célèbre jeu de Go en 2016 équivalait à la consommation électrique quotidienne de 100 foyers. En 2021, l’IA de conduite autonome de Tesla nécessitait plus de dix fois cette quantité d’énergie pour apprendre.
En réponse à cette demande croissante, le Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS) a lancé le premier transistor au monde capable de contrôler les skyrmions. Cette percée ouvre la voie au développement d’appareils ultrabasse consommation de nouvelle génération et devrait apporter des contributions significatives à la recherche quantique et à l’IA. Les résultats sont publiés dans la revue Matériaux avancés.
Les skyrmions, disposés dans une structure de spin semblable à un vortex, sont uniques car ils peuvent être miniaturisés à plusieurs nanomètres, ce qui les rend mobiles avec une puissance exceptionnellement faible. Cette caractéristique les positionne comme un élément crucial dans l’évolution des applications de la spintronique.
La croissance explosive de l’ingénierie électronique au 21e siècle remonte à l’invention du transistor en 1947 aux laboratoires Bell aux États-Unis. Agissant comme un amplificateur et un interrupteur pour les courants électriques, le transistor a joué un rôle central dans le domaine de l’ingénierie électronique. La découverte du skyrmion en 2009 a déclenché des recherches généralisées sur un transistor à base de skyrmion, mais l’absence de technologie essentielle pour contrôler le mouvement du skyrmion a contrecarré ces efforts.
Ce goulot d’étranglement a été surmonté grâce au transistor skyrmion nouvellement développé par KRISS, qui exploite une technologie propriétaire pour gérer électroniquement le mouvement des skyrmions créés dans des matériaux magnétiques. Cette solution innovante permet le contrôle précis du flux ou de l’arrêt des skyrmions, semblable à la façon dont les transistors conventionnels modulent le courant électrique.
Un aspect critique de la gestion du mouvement des skyrmions magnétiques réside dans le contrôle de l’anisotropie magnétique, qui influence l’énergie des skyrmions. Des recherches antérieures ont tenté de réguler l’anisotropie magnétique par le mouvement de l’oxygène dans les appareils, mais n’ont pas réussi à obtenir un contrôle uniforme.
Surmontant ce défi, l’équipe KRISS Quantum Spin a développé une méthode révolutionnaire pour un contrôle uniforme de l’anisotropie magnétique en exploitant l’hydrogène dans les isolants en oxyde d’aluminium, marquant une première mondiale dans la mise en œuvre expérimentale des transistors skyrmion.
Cette étape représente une autre technologie fondamentale pour les dispositifs spintroniques, après la réalisation de l’institut en 2021 dans la génération, la suppression et le mouvement des skyrmions. L’avènement du transistor spintronique devrait accélérer le développement de dispositifs basés sur la spintronique, tels que les dispositifs neuromorphiques et logiques, qui offrent des avantages substantiels en termes de consommation d’énergie, de stabilité et de vitesse par rapport aux dispositifs électroniques traditionnels.
Le Dr Chan Yong Hwang, directeur du KRISS Quantum Technology Institute, a déclaré : « Les principales entreprises coréennes se concentrent sur les semi-conducteurs de nouvelle génération qui utilisent la spintronique pour transcender les contraintes des semi-conducteurs au silicium actuels. Nous prévoyons de faire progresser la technologie liée à la spintronique. plus loin et les incorporer dans les dispositifs à semi-conducteurs de nouvelle génération et la technologie quantique. »
Réfléchissant à l’importance de cette réalisation, le Dr Seungmo Yang, chercheur principal au KRISS, déclare : « Le transistor a déclenché la révolution numérique du XXe siècle. Désormais, le transistor skyrmion est sur le point de catalyser une transformation similaire, propulsant la technologie spintronique. révolution du 21ème siècle. »
Plus d’information:
Seungmo Yang et al, Magnetic Skyrmion Transistor Gated with Voltage‐Controlled Magnetic Anisotropy, Matériaux avancés (2022). DOI : 10.1002/adma.202208881
Fourni par le Conseil national de recherches sur la science et la technologie