Chaque électron est comme une toupie : il tourne sur lui-même. Cette rotation s'appelle le spin. Dans l'électronique classique, on n'utilise pas le spin, seulement la charge. Et c'est dommage : si l'on savait contrôler le spin, les puces deviendraient plus rapides et plus économes. Le problème, c'est que dans le silicium, le matériau roi de l'électronique, le spin se perd rapidement, surtout dans le silicium de type p, où les porteurs de charge sont des « trous ».
Des chercheurs japonais ont trouvé un moyen de prolonger la vie du spin. Ils ont pris une couche de silicium de type p et ont déposé par-dessus un matériau magnétique, le Mn2CoAl, qui appartient à la famille des semi-métaux à spin sans gap d'énergie. Entre les deux, une fine couche d'oxyde de magnésium aide les électrons ayant le bon spin à passer dans le silicium. On obtient ainsi une piste où le spin voyage sans se perdre.
Les chercheurs ont mesuré combien de temps le spin se maintient. À température ambiante, c'est 0,68 nanoseconde. C'est peu, mais suffisant pour transmettre un signal sur une distance d'environ un micron. En refroidissant à 5 K, le spin vit encore plus longtemps : 4,11 nanosecondes. La dépendance à la température s'est avérée faible, ce qui indique un mécanisme de relaxation particulier, celui de Bir-Aronov-Pikus. En clair, le spin se perd à cause de l'interaction avec les « trous », et non à cause des impuretés.
Ce résultat est important pour l'avenir : si l'on peut préserver le spin dans le silicium à température ambiante, on pourra construire des transistors à spin et des mémoires qui consomment beaucoup moins d'énergie. Le silicium est déjà présent dans toutes les usines : pas besoin d'inventer de nouveaux matériaux, il suffit d'ajouter une couche magnétique.
Le Mn2CoAl est un semi-métal à spin : les électrons avec une direction de spin se déplacent librement, tandis que ceux avec l'autre direction sont bloqués. C'est comme un tourniquet de métro qui ne laisse passer que dans un sens.