Une découverte liée aux ondes de spin pourrait mener à la création d'une mémoire non volatile à très faible consommation

Dans mon université, nous n’étions pas tenus d'étudier la mécanique quantique. Ce domaine de recherches repose sur le postulat que l'on ne peut jamais véritablement savoir quoi que ce soit, et que l'on doit se contenter de probabilités. Cette idée ne me plaisait pas des masses. Ensuite, je me suis intéressé au traitement des signaux et à l'électromagnétisme avancé, et j'ai dû composer avec des données bien plus obscures. Je suis ravi que certaines personnes ont décidé de suivre ces cours malgré tout, parce que ce sont ces gens qui font avancer la technologie quantique aujourd'hui. Un groupe de chercheurs a récemment publié un article sur leurs découvertes dans le domaine de l'électronique des ondes de spin, autrement appelé spintronique. Leurs révélations pourraient ouvrir la voie à la création de dispositifs spintroniques : des mémoires, par exemple. Un tel dispositif de stockage présenterait plusieurs avantages, comme la non volatilité et une consommation extrêmement faible. Grâce à ces avantages, cette technologie serait tout indiquée pour les applications embarquées de l’Internet des objets (IoT) et opposerait une concurrence redoutable à la mémoire flash.

La technologie des ondes de spin

Avant d’aborder les avancées les plus récentes, rappelons ce qu'est la technologie des ondes de spin. Nous nous pencherons ensuite sur les découvertes réalisées par l'équipe de chercheurs.

En électronique traditionnelle, on utilise les charges des électrons pour stocker des informations et effectuer des opérations. Les transistors alternent entre des états de marche et d'arrêt lorsqu'ils transmettent des courants électriques. La spintronique porte elle aussi sur les électrons, mais au lieu de s'intéresser à leurs caractéristiques de charge, elle utilise leur spin pour stocker des informations. Le spin d'un électron a deux états, que l'on peut discerner en mesurant les minuscules champs magnétiques générés. Les chercheurs se sont penchés sur la façon dont ces états de spin pouvaient remplacer l'électronique basée sur les transistors.

Une équipe de l'université nationale de Singapour vient de réaliser d'immenses progrès sur les applications des ondes de spin. Apparemment, l'un des problèmes qui entravait l'électronique de spin est le caractère anisotropique des signaux (ils varient en fonction de leur direction). Les chercheurs, menés par le Professeur Adekunle Adeyeye, ont utilisé une structure novatrice capable de propager le même signal dans plusieurs directions simultanément. Cette configuration ne nécessite pas de champ magnétique externe, ce qui la rend plus facile à implémenter. Auparavant, ces mêmes ingénieurs avaient découvert un moyen de propager et de manipuler des signaux d'onde de spin sans champ magnétique externe. Une fois combinées, ces deux découvertes devraient nous rapprocher des appareils spintroniques.

Les électrons pourraient bien être les transistors du futur.

Les avantages de la spintronique

Toute innovation ne se révèle pas forcément utile ; que faut-il donc retenir de la technologie des ondes de spin ? La spintronique présente de multiples avantages qui pourrait se révéler cruciaux dans des dispositifs de mémoire. Cette technologie nécessite très peu de puissance, n'est pas volatile et peut stocker l'information en recourant à des matériaux simples.

• Une consommation extrêmement basse. Les transistors ont besoin d'un courant électrique pour changer d'état. Or, les ondes de spin changent d'état facilement et avec beaucoup moins d'énergie, sans nécessiter de courant.

• La non volatilité. L'une des raisons pour lesquelles les mémoires flash sont si populaires, c'est parce qu'elles sont rapides et non volatiles. Cela signifie qu'elles peuvent stocker des informations sans alimentation. En spintronique, nul besoin de courant ou de charge pour conserver une position. Lorsqu'un électron est en spin haut ou bas, il le reste jusqu'à nouvel ordre ; on dira qu'il est non volatile.

• Des matériaux faciles à trouver. Même si les matériaux ne sont pas forcément le premier aspect qui vient à l'esprit, la plupart des semi-conducteurs utilisés en électronique sont relativement spécialisés. Or, on peut mesurer le spin dans des matériaux tels que le fer, le cuivre ou l’aluminium. Cela se traduirait par des dispositifs de mémoire fabriqués dans des matériaux communs, moins chers à trouver et à insérer dans les conceptions.

Même si cet article est consacré au stockage, il est intéressant de souligner les applications de la technologie des ondes de spin dans le traitement des signaux numériques. La nature de la spintronique lui confère certains avantages calculatoires dans le traitement des signaux et la réalisation d'opérations telles que la transformation de Fourier.

L’IoT aura besoin de mémoire basse consommation pour ses capteurs éparpillés à faible puissance.
 

Les applications de la mémoire magnétique

Diverses applications se profilent pour la mémoire à ondes de spin, également baptisée mémoire magnétique – il ne manque plus qu'à concrétiser cette technologie. Le marché avec la demande la plus forte est celui de l'IoT.

L’IoT est sur le point d'observer une croissance explosive. Les appareils électroménagers ne sont pas les seuls à devenir intelligents – il en va de même pour les voitures, les villes et notre maisons. Les capteurs nécessaires à l'IoT seront très largement éparpillés et transmettront des informations par le biais d'un réseau spécifique, consacré à la récolte et à l'interprétation des données. On ne pourra pas remplacer tous les ans les batteries de ces capteurs répartis un peu partout, c'est pourquoi ceux-ci devront compter sur leur mémoire à très faible consommation pour stocker les information récoltées. Dans ce contexte, de nombreuses entreprises tentent de développer des mémoires flash basse consommation. C'est la solution de stockage qui devrait s'imposer au sein de tels réseaux étendus.

Le stockage magnétique est certainement amené à devenir un grand concurrent des produits flash. Des entreprises ont dû travailler pendant plusieurs années pour réduire de façon drastique la consommation de la mémoire flash. Or, la mémoire conçue grâce aux ondes de spin commencera au même niveau, et pourra vraisemblablement être améliorée. En outre, l'accessibilité des matériaux de la spintronique pourrait rendre cette technologie moins chère que le stockage classique, qui repose sur des semi-conducteurs spécialisés.

Le marché est prêt pour la technologie des ondes de spin, et semble s'en rapprocher grâce aux découvertes des chercheurs de Singapour. Bientôt, la spintronique ne sera plus uniquement un sujet d'étude en physique quantique avancée ; elle enregistrera nos habitudes de consommation dans notre fourchette intelligente.

Ceci étant, il ne sera pas évident d'introduire la spintronique dans vos circuits. Pour y parvenir, vous aurez besoin d'un logiciel qui intègre les techniques de conception nouvelle génération, comme Altium Designer. Ce logiciel propose des outils de conception de circuits imprimés susceptibles de vous aider à intégrer la technologie de l'avenir dans vos conceptions.

Vous avez d'autres questions sur la spintronique ? Contactez un expert Altium.