Un bond quantique en électronique : fusion de la twistronique et de la spintronique

par Santiago Fernández
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moiré magnetism

Dans le domaine de la physique quantique, le domaine émergent de la twistronique implique la superposition de matériaux de Van der Waals pour découvrir de nouveaux comportements quantiques. Des progrès significatifs dans ce domaine ont été réalisés par les chercheurs de l’Université Purdue. Ils ont incorporé le spin quantique dans des doubles bicouches torsadées de matériaux antiferromagnétiques, créant ainsi des motifs magnétiques de moiré réglables. Ce développement ouvre de nouvelles voies potentielles dans le domaine de la spintronique, avec des implications pour l'avenir des dispositifs de mémoire et des systèmes logiques basés sur le spin. Source : SciTechPost.com

L'équipe de physique quantique de l'Université Purdue a fait des progrès notables en manipulant des doubles bicouches de matériaux antiferromagnétiques pour produire un magnétisme de moiré réglable.

La twistronique, loin d’être une danse ou un genre musical à la mode, représente un développement d’avant-garde en physique quantique et en science des matériaux. Cette technique consiste à empiler des matériaux de Van der Waals d'une manière semblable à une superposition de feuilles de papier, permettant une rotation et une manipulation faciles. Grâce à ces couches empilées, les physiciens quantiques ont découvert des phénomènes quantiques fascinants.

En intégrant le concept de spin quantique avec les doubles bicouches torsadées d’un antiferromagnétique, les chercheurs ont libéré le potentiel du magnétisme moiré accordable. Cette innovation annonce une nouvelle classe de matériaux pour les domaines en plein essor de la twistronique et de la spintronique, conduisant potentiellement à des dispositifs révolutionnaires de mémoire et de logique de spin, et ouvrant de nouvelles possibilités dans les applications en physique et en spintronique.

En utilisant des aimants de van der Waals, l'équipe de l'Université Purdue a pu produire des états magnétiques non colinéaires avec une accordabilité électrique notable. Crédit : Ryan Allen, Second Bay Studios

L'équipe de l'Université Purdue, spécialisée dans la physique quantique et la recherche sur les matériaux, a utilisé CrI3, un matériau de van der Waals (vdW) avec couplage antiferromagnétique intercouche, pour manipuler le spin. Leur recherche, intitulée « Magnétisme moiré électriquement accordable dans les doubles bicouches torsadées de triiodure de chrome », publiée dans Nature Electronics, présente des résultats révolutionnaires.

Le Dr Guanghui Cheng, co-auteur principal de l'étude, explique : « Nous avons conçu un double bicouche torsadé CrI3, créant un angle de torsion entre deux bicouches. Nos résultats révèlent un magnétisme moiré caractérisé par diverses phases magnétiques et une accordabilité électrique significative.

La recherche présente la structure du super-réseau moiré dans le CrI3 à double bicouche torsadée (tDB) et ses propriétés magnétiques vérifiées par analyse magnéto-optique à effet Kerr (MOKE). L'étude illustre comment des états magnétiques non colinéaires peuvent émerger dans cette structure et la coexistence d'ordres antiferromagnétiques et ferromagnétiques, un trait caractéristique du magnétisme moiré. Crédit : Illustration de Guanghui Cheng et Yong P. Chen

Chen souligne : « En empilant et en tordant un antiferromagnétique sur lui-même, nous avons réalisé une transformation en ferromagnétique. Cela illustre le domaine émergent du magnétisme moiré dans les matériaux 2D tordus, où l’angle de torsion modifie considérablement les propriétés du matériau.

Décrivant leur méthode, Cheng ajoute : « Nous avons utilisé la technique du déchirement et de l'empilement pour fabriquer du CrI3 à double couche torsadée. Grâce à la mesure MOKE, nous avons détecté les ordres ferromagnétiques et antiferromagnétiques, caractéristiques du magnétisme moiré, et démontré une commutation magnétique assistée par tension.

Auparavant, les twistronics se concentraient principalement sur l’ajustement des propriétés électroniques, comme avec le graphène bicouche torsadé. L’équipe Purdue a cependant cherché à appliquer ce concept au degré de liberté de spin en utilisant CrI3. En fabriquant des échantillons avec différents angles de torsion, ils ont pu observer de nouveaux comportements magnétiques.

Le support théorique de cette expérience a été fourni par l'équipe d'Upadhyaya, validant les observations faites par l'équipe de Chen.

Upadhyaya déclare : « Notre travail théorique a dévoilé un diagramme de phases complexe avec diverses phases non colinéaires. Cette recherche s'aligne sur les recherches en cours de l'équipe de Chen sur la nouvelle physique et les propriétés des aimants 2D.

"Cette recherche ouvre une nouvelle direction pour la spintronique et la magnétoélectronique", remarque Chen. « Les phénomènes observés, tels que la commutation magnétique assistée par tension, pourraient conduire à des dispositifs innovants de mémoire et de logique de spin. Cette torsion introduit une nouvelle variable dans l’étude des aimants vdW, ouvrant la voie à l’exploration de nouvelles applications en physique et en spintronique.

Référence : « Magnétisme moiré électriquement accordable dans des doubles bicouches torsadées de triiodure de chrome » par Guanghui Cheng et al., 19 juin 2023, Nature Electronics. DOI : 10.1038/s41928-023-00978-0

L'équipe Purdue, dirigée par le Dr Guanghui Cheng et Mohammad Mushfiqur Rahman, a contribué de manière significative à cette recherche. Cheng, ancien postdoctorant dans le groupe du Dr Yong P. Chen à Purdue, est maintenant professeur adjoint à l'AIMR de l'Université de Tohoku, tandis que Rahman est titulaire d'un doctorat. étudiant dans le groupe du Dr Pramey Upadhyaya. Chen et Upadhy

Foire aux questions (FAQ) sur le magnétisme du moiré

Quelle est l’avancée clé réalisée par l’Université Purdue dans le domaine de la physique quantique ?

Les chercheurs de l’Université Purdue ont réalisé des progrès significatifs dans la physique quantique en intégrant le spin quantique dans des doubles bicouches torsadées de matériaux antiferromagnétiques. Cela a conduit à la création de modèles magnétiques de moiré réglables, révolutionnant potentiellement le domaine de la spintronique et ayant un impact sur le développement de dispositifs de mémoire et de systèmes logiques basés sur le spin.

Que sont la twistronique et la spintronique, comme mentionné dans la recherche ?

La twistronique est un domaine émergent de la physique quantique et de la science des matériaux qui consiste à empiler des matériaux de Van der Waals en couches pour découvrir de nouveaux phénomènes quantiques. La spintronique, quant à elle, fait référence à l'étude du spin intrinsèque de l'électron et de son moment magnétique associé, en plus de sa charge électronique fondamentale, dans les dispositifs à l'état solide.

Comment la recherche à l’Université Purdue contribue-t-elle au domaine de la twistronique ?

La recherche à l'Université Purdue a contribué à la twistronique en démontrant le magnétisme du moiré accordable grâce à la manipulation de doubles bicouches torsadées d'un matériau antiferromagnétique. Cette découverte suggère de nouvelles plates-formes matérielles pour la spintronique et promet des progrès dans les dispositifs de mémoire et de logique de spin.

Quelle est l’importance du magnétisme du moiré dans cette recherche ?

Le magnétisme moiré est important dans cette recherche car il représente une nouvelle forme de magnétisme comportant des phases ferromagnétiques et antiferromagnétiques spatialement variables. Il est observé dans la structure de super-réseau moiré du triiodure de chrome à double bicouche torsadée (CrI3) et se caractérise par la coexistence d'ordres ferromagnétiques et antiferromagnétiques, ce qui est essentiel pour l'avancement de la spintronique.

Quelles applications futures sont attendues de ces recherches en physique quantique ?

Les progrès réalisés dans le domaine de la twistronique et de la spintronique issus de cette recherche ont le potentiel de conduire à des dispositifs innovants de mémoire et de logique de spin. La manipulation du magnétisme du moiré et l’introduction de nouveaux matériaux en spintronique pourraient ouvrir de nouvelles voies en électronique, révolutionnant potentiellement la façon dont le stockage des données et la logique informatique sont abordés.

En savoir plus sur le magnétisme du moiré

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5 commentaires

Samantha R. décembre 25, 2023 - 9:10 am

c'est impressionnant de voir comment twistronics prend forme. L’avenir de l’électronique pourrait bien résider dans ces motifs moirés, vous savez ?

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Jake Thompson décembre 25, 2023 - 4:05 pm

Des trucs incroyables ! montre vraiment les progrès de la physique quantique. L'équipe de Purdue fait des merveilles avec ces matériaux de Van der Waals. j'ai hâte de voir où cela mène !

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Raj Patel décembre 25, 2023 - 6:45 pm

je ne suis pas sûr d'avoir tous les éléments techniques. mais ça a l'air d'être un gros problème ? Le magnétisme moiré pourrait changer la donne dans le domaine de la technologie, je suppose.

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Linda K. décembre 25, 2023 - 7:27 pm

wow, juste wow ! J'ai déjà lu des articles sur la spintronique, mais c'est autre chose. Purdue repousse vraiment les limites.

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Mike O'Brien décembre 25, 2023 - 9:19 pm

je dois dire que l'article est un peu lourd en jargon. Mais c'est cool de voir comment ils mélangent spin et twist, un peu comme une intrigue de film de science-fiction, n'est-ce pas ?

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