À mesure que nos appareils deviennent plus petits, plus rapides, plus économes en énergie et capables de contenir de plus grandes quantités de données, la spintronique pourrait poursuivre cette trajectoire. Alors que l’électronique est basée sur le flux d’électrons, la spintronique est basée sur le spin des électrons.
Un électron a un degré de liberté de spin, ce qui signifie qu’il détient non seulement une charge, mais agit également comme un petit aimant. En spintronique, une tâche clé consiste à utiliser un champ électrique pour contrôler le spin des électrons et faire tourner le pôle nord de l’aimant dans une direction donnée.
Le transistor à effet de champ spintronique exploite ce que l’on appelle l’effet de couplage spin-orbite Rashba ou Dresselhaus, ce qui suggère que l’on peut contrôler le spin des électrons par champ électrique. Bien que la méthode soit prometteuse pour un calcul efficace et à grande vitesse, certains défis doivent être surmontés avant que la technologie n’atteigne son véritable potentiel, miniature mais puissant et respectueux de l’environnement.
Pendant des décennies, les scientifiques ont tenté d’utiliser des champs électriques pour contrôler le spin à température ambiante, mais parvenir à un contrôle efficace a été insaisissable. Dans une recherche récemment publiée dans Photonique de la natureune équipe de recherche dirigée par Jian Shi et Ravishankar Sundararaman du Rensselaer Polytechnic Institute et Yuan Ping de l’Université de Californie à Santa Cruz ont fait un pas en avant pour résoudre le dilemme.
« Vous voulez que le champ magnétique de Rashba ou de Dresselhaus soit important pour que le spin de l’électron précède rapidement », a déclaré le Dr Shi, professeur agrégé de science et d’ingénierie des matériaux. « S’il est faible, le spin de l’électron précède lentement et il faudrait trop de temps pour allumer ou éteindre le transistor de spin. Cependant, souvent, un champ magnétique interne plus important, s’il n’est pas bien agencé, conduit à un mauvais contrôle du spin de l’électron. »
L’équipe a démontré qu’un cristal de pérovskite en couches ferroélectrique van der Waals portant une symétrie cristalline unique et un fort couplage spin-orbite était un matériau modèle prometteur pour comprendre la physique du spin de Rashba-Dresselhaus à température ambiante. Ses propriétés optoélectroniques à température ambiante non volatiles et reconfigurables peuvent inspirer le développement de principes de conception importants pour permettre un transistor à effet de champ de spin à température ambiante.
Les simulations ont révélé que ce matériau était particulièrement excitant, selon le Dr Sundararaman, professeur agrégé de science et d’ingénierie des matériaux. « Le champ magnétique interne est à la fois important et parfaitement distribué dans une seule direction, ce qui permet aux spins de tourner de manière prévisible et de concert parfait », a-t-il déclaré. « Il s’agit d’une exigence clé pour utiliser les spins pour transmettre des informations de manière fiable. »
« C’est un pas en avant vers la réalisation pratique d’un transistor spintronique », a déclaré le Dr Shi.
Lifu Zhang et al, Couplage spin-vallée commutable électriquement à température ambiante dans une pérovskite aux halogénures ferroélectriques de van der Waals avec hélice de spin persistante, Photonique de la nature (2022). DOI : 10.1038/s41566-022-01016-9