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De nouvelles propriétés du magnétisme qui pourraient changer nos ordinateurs
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La miniaturisation en cours des composants des ordinateurs dont les électrons sont les vecteurs du transfert d’informations est devenue un défi. Mais il serait possible d’utiliser le magnétisme et de poursuivre ainsi le développement d’ordinateurs à la fois moins chers et plus puissants. C’est l’une des perspectives qu’ouvrent les scientifiques de l’Institut Niels Bohr (NBI) de l’Université de Copenhague.
« La fonction d’un ordinateur consiste à envoyer du courant électrique à travers une micro-puce. Bien que la quantité soit minuscule, le courant ne se contente pas de transporter des informations mais contribue également à chauffer la puce. Lorsque vous avez un très grand nombre de composants serrés les uns contre les autres, la chaleur devient un problème. C’est l’une des raisons pour lesquelles nous avons atteint la limite de la réduction des composants. Un ordinateur basé sur le magnétisme éviterait le problème de la surchauffe », explique le professeur Kim Lefmann, spécialiste de la physique de la matière condensée à l’INB. « Notre découverte n’est pas une recette directe pour fabriquer un ordinateur basé sur le magnétisme. Nous avons plutôt mis en évidence une propriété magnétique fondamentale qu’il faut contrôler, si l’on veut concevoir un tel ordinateur ».
Pour comprendre cette découverte, il faut savoir que les matériaux magnétiques ne sont pas nécessairement orientés uniformément. En d’autres termes, des zones comportant des pôles nord et sud magnétiques peuvent exister côte à côte. Ces zones sont appelées domaines, et la frontière entre un domaine de pôle nord et un domaine de pôle sud est le mur du domaine. Bien que la paroi du domaine ne soit pas un objet physique, elle possède néanmoins plusieurs propriétés semblables à celles des particules. Il est donc un exemple de ce que les physiciens appellent des quasi-particules, c’est-à-dire des phénomènes virtuels qui ressemblent à des particules.
« Il est bien établi que l’on peut déplacer la position de la paroi du domaine en appliquant un champ magnétique. Au départ, le mur réagira de la même manière qu’un objet physique soumis à la gravité et qui accélère jusqu’à ce qu’il heurte la surface en dessous. Cependant, d’autres lois s’appliquent au monde quantique », explique Kim Lefmann. « Au niveau quantique, les particules ne sont pas seulement des objets, elles sont aussi des ondes. Cela s’applique également à une quasi-particule telle qu’un mur de domaine. Les propriétés ondulatoires impliquent que l’accélération est ralentie lorsque la paroi interagit avec les atomes de l’environnement. Bientôt, l’accélération s’arrêtera totalement, et la position de la paroi commencera à osciller ».
Un phénomène similaire est observé pour les électrons. Ici, il est connu sous le nom d’oscillations de Bloch, du nom du physicien américano-suisse et lauréat du prix Nobel, Felix Bloch, qui l’a découvert en 1929. En 1996, des physiciens théoriciens suisses ont suggéré qu’un parallèle avec les oscillations de Bloch pourrait exister dans le magnétisme. Aujourd’hui – un peu plus d’un quart de siècle plus tard – Kim Lefmann et ses collègues ont réussi à confirmer cette hypothèse. L’équipe de recherche a étudié le mouvement des parois de domaine dans le matériau magnétique CoCl2 ∙ 2D2O. « Nous savions, depuis longtemps, qu’il serait possible de vérifier l’hypothèse, mais nous comprenions aussi que cela nécessiterait l’accès à des sources de neutrons. De manière unique, les neutrons réagissent aux champs magnétiques bien qu’ils ne soient pas chargés électriquement. Cela les rend idéaux pour les études magnétiques », raconte Kim Lefmann.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
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