Informatique
Le laser révèle le magnétisme caché des métaux du quotidien
Le monde de la technologie évolue rapidement et les chercheurs font des découvertes chaque jour. La semaine dernière, des scientifiques ont publié leurs travaux, qui a résolu un vieux mystère de physique.
Menée par des chercheurs de l'Université hébraïque en collaboration avec l'Université d'État de Pennsylvanie et l'Université de Manchester, l'étude a détecté des signaux magnétiques subtils dans des métaux qui ne sont normalement pas magnétiques, en utilisant uniquement lumière et une méthode laser modifiée.
Ces faibles effets magnétiques, qui ressemblent davantage à des « murmures », dans les matériaux non magnétiques étaient auparavant indétectables pour des raisons évidentes ; ils étaient tout simplement trop faibles. Mais cela a changé. Ces effets sont mesurables, Divulgation de nouveaux modèles de comportement des électrons qui ont été caché jusqu'à cette étude.
Avec cette découverte, les scientifiques ont complètement transformé how nous étudions le magnétisme dans les matériaux du quotidien, sans fils ou instruments volumineux. Ce pourriez pair ouvrir des voies vers le stockage de mémoire, l’informatique quantique et une électronique plus petite, plus rapide et plus avancée.
Décrypter la réponse magnétique subtile des métaux « silencieux »
Publié dans le revue Nature Communications1, l'étude détails a nouvelle façon d'identifier les minuscules signaux magnétiques dans les métaux comme l'or (Au), le cuivre (Cu), l'aluminium (Al), le tantale (Ta) et le platine (Pt).
Le chose c'est-à-dire que nous savons depuis longtemps que les courants électriques se courbent dans un champ magnétique, lequel est l'effet Hall. Cet effet est particulièrement fort et bien connu dans les matériaux magnétiques comme le fer, mais lorsqu'il s'agit de métaux courants et non magnétiques comme l'or, l'effet est plutôt faible.
L'effet Hall optique (OHE), un phénomène connexe, devrait aider à visualiser le comportement des électrons lorsque la lumière et les champs magnétiques interagissent.
Mais c'est en théorie, car aux longueurs d'onde visibles, l'effet OHE est beaucoup trop subtil pour que les scientifiques puissent le détecter. So, tout en we sache que l'effet y a-t-il, nous manquons d'outils pour le mesurer réellement.
« C'était comme essayer d'entendre un murmure dans une pièce bruyante pendant des décennies. Tout le monde savait que ce murmure existait, mais nous n'avions pas de microphone assez sensible pour l'entendre. »
– Professeur Amir Capua de l'Institut de génie électrique et de physique appliquée de l'Université hébraïque
Comme l'a expliqué le professeur Capua, ces métaux, comme le cuivre et l'or, sont considérés comme « magnétiquement silencieux ». Par exemple, ces matériaux, l'or et le cuivre, n'adhèrent pas au réfrigérateur comme le fer. « Mais en réalité, dans des conditions favorables, ils réagissent aux champs magnétiques, mais de manière extrêmement subtile », a-t-il ajouté. Et cela a toujours été un défi d’observer ces faibles effets.
Donc, dans En collaboration avec d'autres universités, les chercheurs ont ensuite étudié juste comment les détecter vraiment petits effets magnétiques dans les matériaux qui ne sont pas magnétiques.
Pour cela, ils ont eu recours à une technique appelée effet Kerr magnéto-optique (MOKE) et l'ont améliorée. Grâce à la méthode MOKE, un laser est utilisé pour mesurer comment le magnétisme affecte la direction de la lumière.
L'étude note que, comme l'effet Hall anormal (AHE) observé dans les ferromagnétiques (matériaux comme le fer, le nickel ou le cobalt avec un alignement parallèle à longue portée des moments atomiques entraînant une aimantation nette spontanée) est beaucoup plus fort que l'effet Hall ordinaire (OHE), l'effet Hall optique est beaucoup plus faible que l'effet Kerr magnéto-optique (MOKE). Il est si faible qu'il est difficilement détectable en lumière visible.
D’où la raison de la modification de la technique MOKE. Les chercheurs ont présenté la technique MOKE, qui est basée sur la grande amplitude modulation du champ magnétique appliqué de l'extérieur. Pour cela, ils ont utilisé des aimants permanents placés sur un disque rotatif.
Les chercheurs ont combiné cela avec un laser bleu de 440 nm, ce qui leur a permis pour augmenter considérablement la sensibilité de la technique. En conséquence, ils ont pu détecter les « échos » magnétiques dans les métaux non magnétiques, ce qui a été élaboré précédemment juste à propos de Impossible à atteindre. L'étude a noté :
« La sensibilité supérieure de la technique ouvre la voie à la découverte de nouveaux phénomènes et applications telles que la détermination optique de l'interaction spin-orbite. »
L'écho optique révèle des signaux magnétiques cachés dans les métaux
Les mesures de Hall sont une technique clé dans la recherche sur les matériaux et la physique du solide. L'effet Hall permet nous permet d'étudier les matériaux à l'échelle atomique et découvrez combien électrons Ces dans un métal. Il est essentiel de combler le fossé entre la recherche fondamentale et les applications pratiques.
Cependant, mesurer l’effet est traditionnellement un processus délicat et long, en particulier lorsque l’on travaille avec des composants vraiment petits, à l’échelle nanométrique.. Pour cela, les scientifiques ont pour d'abord attacher les fils à l'appareil, mais Plus maintenant.
La nouvelle approche est très simple ; il suffit d’un laser pour être brillé sur l'appareil électrique.
Comme le soulignait le professeur Capua, même Edwin Hall, qui a découvert l'effet Hall, n'a pas réussi à le mesurer à l'aide d'un faisceau lumineux. Comme Hall le résumait dans la dernière phrase de son article de 1881 :
« Je pense que si l’action de l’argent avait été un dixième aussi forte que celle du fer, l'effet aurait été détecté. Aucun effet de ce type a été observé. »
Mais dans les dernières recherches, les scientifiques ont en fait observé l’effet « en se connectant à la bonne fréquence et en sachant où regarder », a déclaré le professeur Capua.
Grâce à cela, l'équipe a « trouvé un moyen de mesurer ce qui était autrefois considéré comme invisible », a ajouté le professeur Capua. « Cette recherche transforme un problème scientifique vieux de près de 150 ans en une nouvelle opportunité. »
En regardant encore plus en profondeur, l'équipe a découvert que ce qui semblait être un « bruit » aléatoire dans leur signal n'était pas si aléatoire après tout, mais avait une signification et un modèle clairs.
Le modèle suivi était lié au couplage spin-orbite (SOC). Cette propriété quantique relie comment les électrons se déplacent et comment ils spin, qui affecte la façon dont l'énergie magnétique se dissipe dans les matériaux.
Les nouvelles connaissances acquises ont des implications directes et significatives pour la conception de dispositifs spintroniques, de mémoire magnétique et de systèmes quantiques.
« C'est comme découvrir que les parasites sur une radio ne sont pas seulement des interférences, mais plutôt des informations précieuses que quelqu'un murmure. Nous utilisons désormais la lumière pour « écouter » ces messages cachés des électrons. »
- Nadav Am Shalom, candidat au doctorat de l'Université hébraïque
Cette nouvelle technique offre en fait un outil non invasif et très sensible pour explorer le magnétisme dans les métaux, sans nécessiter aimants massifs ou conditions cryogéniques.
La simplicité et la précision de la technique pourraient également aider les ingénieurs à construire des systèmes plus économes en énergie, des processeurs plus rapides et des capteurs dotés d’une grande précision.
Mais c'est tous juste le début, au l'étude parler élargir le spectre des matériaux dans les travaux futurs. Ce comprend des métaux supplémentaires, des films multicouches, des semi-conducteurs et des matériaux topologiques et 2D.
En outre, « une mesure dépendante de la température présente un intérêt particulier, car elle pourrait offrir un aperçu clé des mécanismes du bruit et soutenir une compréhension plus approfondie de leur origine », indique l’étude.
Développer l'effet Hall avec de nouvelles possibilités
Au cours de l'année écoulée, les chercheurs ont continué d'étudier les techniques de l'effet Hall, repoussant les limites du possible. S'appuyant sur des mesures classiques de l'effet Hall électrique, les scientifiques découvrent de nouveaux régimes, signe d'une transformation profonde.
Ce comprend l' découverte2 d'effets Hall non linéaires significatifs (NLHE) à température ambiante dans le tellure (Te). Cet effet est une réponse du second ordre à un courant alternatif (CA) appliqué, générant des signaux de second harmonique sans nécessiter de champ magnétique externe.
NLHE, un nouveau membre de la famille de l'effet Hall, a été obtenir beaucoup de précaution en raison de ces utilisation possible dans les dispositifs de doublage et de redressement de fréquence. Cependant, des défis tels que les basses températures de fonctionnement et les faibles tensions de sortie du hall ont limité ses applications pratiques.
Ainsi, un une équipe de recherche de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) a recherché des systèmes qui montrer NLHE remarquable dans les matériaux semi-conducteurs. Ils ont ensuite examiné la réponse non linéaire du tellure, un élément fragile et rare qui a une chaîne hélicoïdale unidimensionnelle. Sa structure manque intrinsèquement de symétrie d'inversion, ce qui fait de Te le candidat idéal.
Lorsqu'ils ont testé de fines paillettes de tellure (Te), ils ont découvert des effets Hall non linéaires considérables à température ambiante. À une température de 300 K, la sortie maximale du second harmonique est, quant à elle, peut aller Un ordre de grandeur supérieur aux records précédents, jusqu'à 2.8 mV.
Lors d'une plongée plus profonde, le NLHE observé dans les fines paillettes de tellure a été trouvé Il s'agit principalement du résultat d'une diffusion extrinsèque. La rupture de la symétrie de surface de la structure a joué ici un rôle crucial.
Basé sur qui, le Courant alternatif Fut remplacé par signaux radiofréquence (RF) qui a réalisé Rectification RF sans fil dans des flocons minces de Te et obtention d'un redressement stable Tension sortie sur une plage de 0.3 à 4.5 GHz. De cette façon, l’étude ouvre de nouvelles possibilités pour le développement d’appareils électroniques avancés.
Récemment, des chercheurs de l'Université de Nouvelle-Galles du Sud se sont concentrés sur les états globaux des isolants topologiques, Bi2Se3 et Sb2Te3, et trouvé3 que le couple Hall orbital domine le couple Hall de spin pour une conversion efficace du courant de charge en courant de spin.
Les états de masse donnent lieu à un OHE important, jusqu'à 3 ordres de grandeur plus grand que le SHE, dans les isolants topologiques, en partie en raison du moment angulaire orbital de chaque électron de conduction qui est plus grand que son spin.
Il a également noté que l’optimisation de la orbitale à rotation La conversion dans les dispositifs à couple de spin TI (isolants topologiques) est essentielle pour ayant un contrôle plus efficace de la magnétisation, mais qui nécessitera des techniques avancées et des ferromagnétiques spécifiques.
Pendant ce temps, des chercheurs de l'Université Johannes Gutenberg montré4 an utilisation efficace de la conductivité Hall orbitale améliorée des couches de Cr, Nb et Ru le long de avec une couche ferromagnétique magnétisée perpendiculairement pour les dispositifs de mémoire vive magnétique (MRAM) à couple spin-orbite (SOT).
Les dispositifs SOT-MRAM promettent de meilleures performances, une meilleure non-volatilité et une meilleure efficacité énergétique par rapport à la RAM statique. Pour obtenir une longue conservation des données et une commutation de magnétisation efficace dans ces appareils, nous need ferromagnétiques à anisotropie magnétique perpendiculaire (PMA) combinés à des couples importants increased par effet Hall orbital (OHE).
L'équipe a donc conçu un FM PMA (Co/Ni)3 sur des couches OHE sélectionnées et a étudié le potentiel de la conductivité Hall orbitale (OHC).
Les résultats montrent une amélioration de 30 % de l'efficacité du couple et une réduction de 60 % de la puissance de commutation, soulignant le « potentiel prometteur de l'exploitation de l'effet Hall orbital amélioré pour propulser les performances de la prochaine génération de dispositifs SOT MRAM pour les applications de mémoire cache haute densité. »
| Type d'effet Hall | Champ magnétique requis | Force du signal | Matériaux applicables | Cas d’utilisation courants |
|---|---|---|---|---|
| Effet Hall ordinaire | Oui | Faible | Tous les conducteurs | Mesures de base de la densité des porteurs |
| Effet Hall anormal | Oui | Forte | Ferromagnétiques (Fe, Ni, Co) | Recherche spintronique |
| Effet Hall optique (OHE) | Oui | Très faible | Tous, mais difficiles à détecter en lumière visible | Sonder les interactions spin-orbite |
| Effet Hall non linéaire | Non (entraînement par courant alternatif) | Modérée | Semi-conducteurs non centrosymétriques | Redresseurs sans fil, doubleurs de fréquence |
| Effet Hall orbital | Non | Résistant dans certains matériaux | Isolateurs topologiques, métaux de transition | Mémoire à couple de rotation, MRAM |
Investir dans la technologie spintronique
Technologies Everspin (MRAM ) Utilise activement le spin des électrons plutôt que la charge pour stocker les données. C'est un développeur majeur de solutions de mémoire vive magnétorésistive (MRAM), un type de RAM non volatile qui stocke les données dans des domaines magnétiques.
MRAM Usages un électron magnétisme de spin pour assurer la non-volatilité et magasins informations dans un matériau magnétique intégré à un circuit en silicium pour offrir la non-volatilité de la Flash et la vitesse de la SRAM dans UN appareil.
Ses produits de technologie MRAM incluent Toggle MRAM, qui fournit une mémoire simple et haute densité au Everspin grâce à une conception de cellule à bascule brevetée pour offrir une grande fiabilité. Son autre produit est le Spin-transfer Torque MRAM (STT-MRAM), qui utilise la manipulation du spin des électrons avec un courant polarisant pour établir l'état magnétique souhaité du MTJ.
Technologies Everspin (MRAM )
Avec une capitalisation boursière de 150 millions de dollars, l'action MRAM se négocie actuellement à 6.68 dollars, en hausse de 4.54 % depuis le début de l'année. Son BPA (sur 0.01 mois) est de -451.35 et son PER (sur XNUMX mois) de -XNUMX.
Pour le premier trimestre clos le 31 mars 2025, la société a déclaré un chiffre d'affaires total de 13.1 millions de dollars. Ses ventes de produits MRAM, incluant les produits Toggle et STT-MRAM, ont atteint 11 millions de dollars. Les revenus provenant des licences, des redevances, des brevets et autres se sont élevés à 2.1 millions de dollars.
(MRAM )
Au cours de cette période, la marge brute était de 51.4 %, les dépenses d'exploitation GAAP étaient de 8.7 millions de dollars, la perte nette GAAP était de 1.2 million de dollars, soit (0.05) $ par action diluée, et le bénéfice net non GAAP était de 0.4 million de dollars, soit 0.02 $ par action diluée.
La trésorerie et les équivalents de trésorerie à la fin du trimestre ont augmenté à 42.2 millions de dollars.
Cette année, Everspin a également obtenu un contrat de l'Université Purdue pour utiliser sa MRAM comme étayage dans un programme appelé CHEETA (CMOS+MRAM Hardware pour Efficacité énergétique IA). Sa mémoire MRAM PERSYST, quant à elle, a été validée pour la configuration sur tous les FPGA de Lattice Semiconductor.
Plus tôt cette année, la société a annoncé deux nouveaux produits dans le cadre de sa famille Orion xSPI, dotés d'une plage de températures automobile pour les besoins de mémoire persistante et à grande vitesse dans des environnements extrêmes.
« Nous attendons de nos clients existants et nouveaux qu'ils déploient les produits et la technologie MRAM robustes d'Everspin dans ces applications critiques grâce à des victoires de conception et à des programmes Strategic Radiation Hard pour les applications mémoire et FPGA. »
– Aggarwal
Actualités et développements récents concernant l'action Everspin Technologies (MRAM)
Conclusion
À chaque nouvelle étude, les chercheurs découvrent ce que les scientifiques ne pouvait pas pendant des années. Le dernier fait exactement cela by tourner le signaux optiques faibles en une présence magnétique claire, créant ainsi un nouveau manière pour non invasif sondage du spin électronique. De plus, ils ont révélé que ce qui apparaissait autrefois comme du bruit code en réalité des données riches. spin-orbite d'information et que peut potentiellement transformer la conception spintronique, la mémoire magnétique et les technologies quantiques, conduisant à des appareils plus économes en énergie et à une capacité de stockage de données améliorée.
Références:
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