Les chercheurs explorent des matériaux multiferroiques à l'échelle nanométrique comme moyen de développer une technologie de mémoire magnétique plus économe en énergie, ce qui pourrait être crucial à mesure que les besoins énergétiques mondiaux augmentent en raison de la croissance du calcul en nuage, de l'intelligence artificielle et des centres de données. Les dispositifs actuels de mémoire magnétique stockent des informations sans nécessiter un alimentation électrique constante, mais ils dépendent généralement de courants électriques pour générer des champs magnétiques afin d'écrire des données, ce qui produit de la chaleur et consomme de l'énergie. Une approche alternative consiste à utiliser des champs électriques pour basculer les états magnétiques, ce qui pourrait réduire significativement la consommation d'énergie. Les matériaux multiferroiques, qui possèdent à la fois des propriétés électriques et magnétiques, offrent une solution potentielle. Ces matériaux permettent aux champs électriques d'influencer le comportement magnétique, ce qui les rend des candidats idéaux pour des dispositifs de mémoire économes en énergie. Cependant, pour que ces matériaux puissent être utilisés dans des applications pratiques, il faut comprendre leur comportement à l'échelle nanométrique. À cette échelle, les matériaux peuvent former des motifs de polarisation complexes appelés structures de domaines topologiques, dont l'impact sur le comportement magnétique n'est pas encore pleinement compris. Un groupe de recherche de l'Institut de la Science de Tokyo, dirigé par l'assistant professeur Kei Shigematsu, a étudié le comportement électrique et magnétique de structures à l'échelle nanométrique fabriquées à partir d'un matériau multiferroique appelé BiFe₀.₉Co₀.₁O₃ (BFCO). En utilisant deux techniques d'imagerie avancées - la microscopie à force de piézo-réponse pour cartographier la polarisation électrique et la magnétométrie par centre de vacance d'azote en balayage pour détecter les champs magnétiques - ils ont observé comment les propriétés du matériau changeaient lorsqu'un champ électrique était appliqué. Leurs résultats ont été publiés dans le journal Science Advances. L'équipe a créé des points nanométriques de BFCO, chacun mesurant environ 190 nanomètres de diamètre. Initialement, les points nanométriques avaient une structure de polarisation électrique où toutes les vecteurs pointaient vers le centre. Lorsqu'un champ électrique a été appliqué, les vecteurs de polarisation se sont orientés vers l'extérieur, entraînant une inversion de l'aimantation à la fois dans le plan et perpendiculairement à celui-ci. Ce changement ne consistait pas à inverser les spins individuels des électrons, mais plutôt à faire tourner les moments magnétiques dans l'orientation préférée du matériau, entraînant un état magnétique inversé. Ce processus contrôlable pourrait être utile pour concevoir des dispositifs de mémoire avec des configurations magnétiques précises. Les résultats de l'étude suggèrent que les matériaux multiferroiques pourraient être utilisés pour créer des technologies de mémoire de nouvelle génération qui consomment moins d'énergie et restent non volatiles. Contrairement aux technologies actuelles qui dépendent des courants électriques, cette méthode utilise des champs électriques pour écrire des données, ce qui pourrait réduire la consommation d'énergie. Les structures de domaines complexes à l'intérieur de chaque point nanométrique pourraient également permettre plusieurs états magnétiques, permettant ainsi des systèmes de mémoire avec une densité de stockage plus élevée que les systèmes basés sur une logique binaire traditionnelle. Cette recherche fournit une base expérimentale solide pour le développement de dispositifs de mémoire magnétique à ultra-basse consommation pouvant être utilisés dans les technologies à semi-conducteurs du futur.