Les ondes de Spin : du traitement de l’information au développement de technologies quantiques

La spintronique ou électronique de spin est une discipline nouvelle exploitant une propriété magnétique et quantique, de l’électron appelée spin. Elle pourrait permettre une miniaturisation plus poussée de circuits électroniques et la réalisation d’ordinateurs quantiques traitant l’information grâce à des qubits. Les possibilités de la spintronique, le traitement de l’information avec l’utilisation des ondes de spin, sont actuellement à l’étude au sein d’un projet porté par le Prof. Andrii Chumak, responsable du groupe Nano magnétisme et Magnonique au sein de la faculté de physique de l’Université de Vienne. Ce projet s’intègre dans le champ de la magnonique, le domaine de recherche étudiant les phénomènes des ondes de spin.

Découvertes en 1929 par le physicien suisse, Félix Bloch, les ondes de spin qualifient l’excitation collective du système de spin des électrons, une propriété de certaines particules qui tournent autour de leur axe une fois stimulées, à la suite d’un envoi d’un champ magnétique. Les réactions des ondes de spin sont quantifiées en termes de magnons, des quantités discontinues. La spintronique ne nécessite donc pas de faire passer les électrons par des conducteurs, mais de les stimuler grâce à un champ magnétique en utilisant les propriétés de spin. Cette technologie requiert beaucoup moins d’énergie, en comparaison avec le bit actuel pour transférer l’information.

Le Prof. Chumak travaille également sur un autre projet qui concerne l’utilisation de la magnonique pour résoudre des calculs. Selon le Prof. Chumak, « dans le cadre d’un superordinateur, l’utilisation d’ondes de spin pourrait permettre de limiter les composants électriques. Les ondes de spin seraient certes plus lentes, mais elles consommeraient dix fois moins d’énergie ». Ainsi le Prof. Chumak et son équipe réalisent diverses expériences afin d’observer les magnons individuellement en utilisant des qubits supraconducteurs, dont la circulation du courant est contrôlée par des portes à effet Josephson qui s’ouvrent en fonction de l’application d’un champ magnétique externe, permettant d’exciter un seul magnon ou de le mesurer. Les ondes de spin peuvent en effet se comporter comme des particules. Si ce projet aboutit, les magnons pourront être utilisés dans toute la gamme de la technologie quantique, de la téléportation quantique aux capteurs ultra précis, voire dans le développement des ordinateurs quantiques basés sur les ondes de spin et l’intelligence artificielle.

Le 12 juin dernier, dans le cadre des Journées européennes vertes de Vienne, l’Ambassade de France en Autriche et l’Institut français d’Autriche ont organisé une conférence « Matériaux intelligents, pour une transition verte - Villes intelligentes et internet de demain », en présence des professeurs Stéphane Mangin, chercheur àl’Institut Jean Lamour de l’Université de Lorraine et Pascal Nicolay, directeur du CiSMAT (Carinthia Institute for Smart Materials) de l’Université des sciences appliquées de Carinthie (Fachhochschule Kärnten). Le Prof. Stéphane Mangin et son équipe travaillent sur l’exploration des nanoaimants et de leurs comportements en relation avec la dynamique de magnétisation. Les travaux du Prof. Mangin sont des références internationales dans le domaine des mémoires MRAMet du stockage de l’information dans les disques durs. Il est le directeur scientifique d’un instrument unique en son genre (TUBE-Davm) : un tube de 70 mètres de long sous ultra vide qui relie 30 appareils à la croissance et caractérise la matière jusqu’au niveau atomique. Le Prof. Mangin a rencontré les équipes de jeunes chercheurs du Prof. Chumak lors de son passage à l’Université de Vienne.

Source :

• Der Standard : Warum die Wissenschaft mit torkelnden Teilchen rechnet, 15.06.2023 (en allemand)
• IEEE : Advances in Magnetics Roadmap on Spin-Wave Computing, 15.06.23 (en anglais)

Rédactrice : Emeline Ogereau, emeline.ogereau[at]diplomatie.gouv.fr - http:/at.ambafrance.org