Des «hérissons» magnétiques pourraient stocker de grandes quantités de données dans un petit espace

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Des modèles magnétiques à l’échelle atomique ressemblant aux pointes d’un hérisson pourraient donner lieu à des disques durs avec des capacités considérablement plus grandes que les appareils d’aujourd’hui, suggère une nouvelle étude. Cette découverte pourrait aider les centres de données à répondre à la demande exponentiellement croissante de stockage de données vidéo et cloud.


Selon une nouvelle étude, des modèles magnétiques similaires aux pointes d’un hérisson pourraient conduire à un stockage de données plus efficace et à plus grande échelle. © Getty Images.

Dans une étude publiée aujourd’hui dans la revue Science, des chercheurs de l’Ohio State University ont utilisé un microscope magnétique pour visualiser les motifs, formés dans des films minces d’un matériau magnétique inhabituel, le germanure de manganèse (MnGe). Contrairement aux aimants familiers tels que le fer, le magnétisme de ce matériau suit des hélices, similaires à la structure de l’ADN. Cela conduit à un nouveau zoo de motifs magnétiques avec des noms tels que “hérissons”, anti-hérissons, skyrmions et mérons qui peuvent être beaucoup plus petits que les bits magnétiques d’aujourd’hui. “Ces nouveaux modèles magnétiques pourraient être utilisés pour le stockage de données de nouvelle génération”, a déclaré Jay Gupta, auteur principal de l’étude et professeur de physique à l’Ohio State. “La densité de stockage sur les disques durs approche de ses limites, en raison de la petite taille des bits magnétiques qui permettent ce stockage. Et cela nous a motivés à rechercher de nouveaux matériaux, où nous pourrions être en mesure de rendre les bits magnétiques beaucoup plus petits”.

L’étude et les découvertes

Pour visualiser les motifs magnétiques, Gupta et son équipe ont utilisé un microscope à effet tunnel dans son laboratoire, modifié avec des pointes spéciales. Ce microscope fournit des images des motifs magnétiques avec une résolution atomique. Leurs images ont révélé que dans certaines parties de l’échantillon, le magnétisme à la surface était tordu en un motif ressemblant aux pointes d’un hérisson. Cependant, dans ce cas, le «corps» du hérisson ne mesure que 10 nanomètres de large, ce qui est beaucoup plus petit que les bits magnétiques actuels (environ 50 nanomètres) et presque impossible à visualiser. En comparaison, un seul cheveu humain a une épaisseur d’environ 80 000 nanomètres.

L’équipe de recherche a également découvert que les motifs du hérisson pouvaient être déplacés à la surface avec des courants électriques ou inversés avec des champs magnétiques. Cela préfigure la lecture et l’écriture de données magnétiques, en utilisant potentiellement beaucoup moins d’énergie qu’il n’est actuellement possible. “Il y a un énorme potentiel pour que ces modèles magnétiques permettent au stockage de données d’être plus économe en énergie”, a déclaré Gupta, tout en prévenant qu’il y a plus de recherches à faire avant que le matériau puisse être utilisé sur un site de stockage de données. “Nous avons encore une énorme quantité de science fondamentale à faire pour comprendre ces modèles magnétiques et améliorer la façon dont nous les contrôlons. Mais c’est une étape très excitante”.

Cette recherche a été financée par la Defense Advanced Research Projects Agency, une division de recherche du département américain de la Défense. Parmi les autres chercheurs de l’État de l’Ohio qui ont co-écrit cette étude figurent Jacob Repicky, Po-Kuwan Wu, Tao Liu, Joseph Corbett, Tiancong Zhu, Shuyu Cheng, Adam Ahmed, Mohit Randeria et Roland Kawakami.

Voir la publication

Repicky et al.  Atomic-scale visualization of topological spin textures in the chiral magnet MnGe. Science, 2021 Dec 17; 374(6574):1484-1487. doi: 10.1126/science.abd9225.

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