Un bit magnétique qui bascule sous un léger souffle de courant, plutôt qu'avec un aimant puissant. C'est exactement ce que fait le nouveau dispositif de l'Institut des semi-conducteurs de l'Académie chinoise des sciences : un aimant lamellaire Fe3GaTe2 avec un canal en platine change d'état sous l'effet d'une brève impulsion électrique. Pas de champ magnétique externe, pas de bobine encombrante, seulement le courant qui circule dans un film métallique.
Jusqu'à présent, les éléments logiques à spin, qui stockent et traitent l'information sous forme de direction d'aimantation, reposaient sur des alliages métalliques comme le cobalt-fer-bore. Ces matériaux sont difficiles à déposer en couches minces et leur fabrication s'accorde mal avec les puces en silicium. Les aimants de van der Waals, des cristaux lamellaires que l'on peut exfolier comme le graphite d'un crayon, promettaient de remédier à cela, mais aucun ne fonctionnait à température ambiante sans champ externe. Ces travaux montrent pour la première fois que Fe3GaTe2 avec un canal en platine se commute par courant et conserve son état jusqu'à 349 K.
Les mesures sur un dispositif avec une largeur de canal de 2 µm montrent une densité de courant critique de 1,8×10⁷ A/cm² et un facteur de stabilité thermique de 50. Cela signifie que le bit peut conserver l'information à température ambiante pendant de nombreuses années, si on ne le touche pas. L'énergie d'écriture, ramenée à une taille de canal industrielle de 100×50 nm², n'est que de 1,5 fJ par bit pour une impulsion de 1 ns. À titre de comparaison, les dispositifs optimisés à base de tungstène et de cobalt-fer-bore présentent un chiffre 40 fois supérieur.
On pensait auparavant que pour commuter l'aimantation sans champ externe, il fallait soit des gradients de composition, soit des couches antiferromagnétiques, soit des cristaux à basse symétrie. Ces travaux montrent qu'un Fe3GaTe2 homogène et une géométrie asymétrique du canal en platine suffisent. Cela ouvre la voie à des puces de calcul denses et économes en énergie, où logique et mémoire sont réunies dans un même dispositif.
Le léger souffle de courant évoqué au début prend maintenant un sens concret : une impulsion d'une milliardième de seconde et d'une énergie d'un demi-femtojoule. C'est ce souffle qui peut retourner un bit magnétique et ouvrir la voie à des puces qui calculent plus vite et chauffent moins.
L'énergie de 1,5 fJ est comparable à celle d'un photon de lumière visible, mais elle suffit pour commuter un bit magnétique.