En collaboration avec leurs collègues de l’Institut Max-Planck pour la recherche sur les corps solides de Stuttgart, les chercheurs du groupe du Prof. Christian Bernhard du Département de physique et du Fribourg Center for Nanomaterials (FriMat) de l’Université de Fribourg ont contribué à une meilleure compréhension de nouveaux composants électriques en matériaux oxydiques. La découverte, qui vient d’être publiée dans la revue scientifique Physical Review Letters, pourrait contribuer au développement de ce que l’on appelle des composants multifonctionnels et permettre un traitement des données plus rapide et plus efficace.

La miniaturisation des capacités de stockage dans les technologies de l’information a bientôt atteint ses limites. A même de générer, traiter et sauvegarder simultanément des données, les composants multifonctionnels pourraient ouvrir de nouvelles perspectives. (Image: Thinkstock)

Nos technologies de l’information (IT) actuelles sont basées sur des couches multiples fabriquées artificiellement à partir de silicium dopé. Celles-ci permettent de manipuler de façon ciblée la mobilité des électrons et donc d’un courant électrique pour générer et traiter une information comme celle d’un code en morse. La sauvegarde de ces données est exécutée avec d’autres composants comme les disques durs de nos ordinateurs ou les clés USB constitués de matériaux ferromagnétiques ou ferroélectriques, dans lesquels les spins des électrons ou les dipôles de la structure cristalline, présentent arrangement ordonné défini. Le développement phénoménal de cette technologie est le résultat de la réduction de la dimension de ces composants d’environ 40 nanomètres pour le moment (la longueur d’une chaîne formée d’approximativement 150 atomes). Cette miniaturisation atteindra cependant bientôt sa limite fondamentale.

Vers de nouveaux horizons

Une IT du futur nécessite donc des concepts complètement novateurs. Parmi les options intéressantes figurent les composants multifonctionnels, dans lesquels, non seulement la charge électrique et le spin des électrons, mais également les phénomènes ordonnés comme le ferromagnétisme, la ferroélectricité ou la supraconductivité peuvent être utilisés. De tels composants multifonctionnels pourraient travailler d’une manière significativement plus efficace et accomplir différentes tâches simultanément, comme la production, le traitement et la sauvegarde de données, ce qui permettrait d’économiser beaucoup de temps et d’énergie, actuellement gaspillés dans le transfert de données entre les divers composants. C’est pour ces différentes raisons que des recherches sont menées de façon intensive concernant la fabrication de matériaux adaptés dans lesquels il serait possible de créer et manipuler de façon ciblée leurs propriétés à la fois électriques, supraconductrices et magnétiques.

La diversité est un atout

Les couches multiples des matériaux oxydiques offrent un grand potentiel. Aux surfaces de séparation entre les deux isolateurs SrTiO3 et LaAlO3 se forment des électrons, par exemple, dont la mobilité peut être changée de façon drastique grâce à un champ électrique, qui deviennent supraconducteurs à basses températures et, en plus de cela, présentent un ordre ferromagnétique. Les chercheurs de l’Université de Fribourg ont prouvé, grâce à l’ellipsométrie infrarouge, une technique optique qu’ils ont développée et perfectionnée ces dernières années, un nouveau phénomène d’ordre sur la couche limite de ces LaAlO3/SrTiO3. Il s’agit ici d’une polarité ordonnée du réseau cristallin, qui peut être contrôlé au moyen d’un champ électrique, tout comme un matériau ferroélectrique. Ils ont aussi pu démontrer que cette polarité ordonnée a une influence forte et inhabituelle sur la capacité conductrice électrique des électrons et également sur leur supraconductivité. Les nombreuses propriétés exceptionnelles de ces couches multiples oxydiques font encore l’objet de recherche fondamentale, mais pourraient bientôt contribuer au développement d’une nouvelle technologie électronique ou «multitronique».

Lien vers la publication:
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v110/i13/e136805

Contact: Prof. Dr. Christian Bernhard, Département de physique et Fribourg Center for Nanomaterials, Université de Fribourg, 026 300 9070, christian.bernhard@unifr.ch