En intercalant une feuille de graphène entre deux matériaux, des chercheurs et chercheuses exaltent d’un facteur considérable la production d’un courant électrique à partir d’un courant de spins, une performance prometteuse pour la réalisation de composants spintroniques pour l’informatique du futur.
La conversion d'un courant de charge (courant électrique) en courant de spin (aimantation transportée par électrons) ou vice versa est une opération clé en spintronique pour faire progresser des applications dans la technologie de l’information. Bien que le graphène n'ait pratiquement pas d'effet, une couche atomique de graphène prise en sandwich entre une couche d’un matériau magnétique tel que le fer (Fe) et un métal lourd tel que le platine (Pt) présente un record d'efficacité d'une telle interconversion à température ambiante. Cette nouvelle hétérostructure quantique, appelée « interface magnétique double de Rashba » (d’après Emmanuel Rashba, physicien Ukraino-américain mort le 12 janvier 2025), ouvre une nouvelle voie pour les mémoires magnétiques, les applications logiques, ou l'informatique non conventionnelle.
Ces recherches ont été menées dans les laboratoires suivants :
- Institut Jean Lamour (IJL, CNRS / Université de Lorraine)
- Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille (CINaM, Aix-Marseille Université / CNRS )
- Institut des Nanosciences de Madrid (IMDEA) en Espagne
- Universidad Nacional Mayor de San Marcos (UNMSM) au Pérou
Dans le cadre d'une collaboration pluridisciplinaire et internationale, des chercheuses et chercheurs ont montré dans l’interface double de Rashba une production de courant de charge sans précédent à température ambiante. En effet, le gain dû à la présence du graphène entre Fe et Pt est 17 fois plus important dans la direction la moins efficace et atteint le chiffre record de 34 (voir figure) dans la direction la plus efficace (cette anisotropie directionnelle venant de la structure hexagonale non isotrope du graphène) ! À ces performances exceptionnelles s’ajoute le fait que ce nouveau système est très robuste et supporte les traitements de divers processus de lithographie, une caractéristique qui est extrêmement importante pour le développement de nouveaux dispositifs comme des mémoires magnétiques ou des capteurs, sachant que la principale faiblesse des systèmes bidimensionnels est qu’ils ne sont souvent pas résistants aux traitements lithographiques. Ce travail peut ainsi inspirer de nouvelles voies de recherche afin de rendre robustes les systèmes hybrides bidimensionnels et tridimensionnels et obtenir de nouvelles architectures pour l'électronique non conventionnelle ou la spintronique. Ces résultats sont publiés dans le journal Advanced Materials.
Références
Giant and Anisotropic Enhancement of Spin-Charge Conversion in Graphene-Based Quantum System. A. Anadón, A. Pezo, I. Arnay, R. Guerrero, A. Gudín, A. Guio, M. Yactayo, J. Ghanbaja, J. Camarero, A. Manchon, S. Petit-Watelot, P. Perna, J.-C. Rojas-Sánchez, Advanced Materials (2025), 37, 2418541 – Publié le 21 février 2025
Doi :10.1002/adma.202418541
Archives ouvertes : arXiv et HAL