Des chercheurs fabriquent une mémoire d’un seul atome à partir d’holmium

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Selon une équipe de recherche dirigée par des scientifiques du centre de recherche d’IBM Almaden à San Jose, en Californie, et de l’Institut des sciences fondamentales de Séoul, en Corée du Sud, il est désormais possible de stocker avec succès un bit d’information numérique dans un atome individuel. Cette recherche est publiée aujourd’hui dans le journal Nature.

Le magnétisme de l'atome d'holmium peut être modifié ou lu en faisant passer du courant dans la pointe STM. Crédit image : Fabian D. Natterer et al.

Le magnétisme de l’atome d’holmium peut être modifié ou lu en faisant passer du courant à travers la pointe STM. Crédit image : Fabian D. Natterer et al.

“Les disques recouverts d’une couche de métal magnétisé permettent à nos ordinateurs de stocker des fichiers sous forme de bits, chacun ayant la valeur 1 ou 0. Une certaine direction de magnétisation correspond au bit 0, l’autre direction au bit 1”, expliquent les scientifiques.

“Alors qu’à l’heure actuelle, de petites zones du disque, d’environ un million d’atomes, correspondent à chaque bit numérique d’information, nos recherches sont allées bien au-delà et ont utilisé la plus petite quantité de matière utilisable à cette fin : un atome.”

Dans l’étude, l’équipe a travaillé avec un microscope à effet tunnel (STM), qui possède une pointe spéciale permettant à l’utilisateur de visualiser et de déplacer des atomes individuels, ainsi que de leur appliquer une impulsion de courant électrique.

Les scientifiques ont utilisé cette impulsion électrique pour changer la direction de la magnétisation des atomes d’holmium individuels.

En faisant cela, ils ont pu écrire une mémoire de 1 ou de 0 dans un seul atome d’holmium et échanger les deux.

Un capteur quantique a été utilisé pour lire la mémoire stockée dans l’atome d’holium. Il est constitué d’un atome de fer placé à côté de l’atome d’holmium.

En utilisant cette technique, ainsi qu’une autre, appelée magnétorésistance tunnel, les auteurs ont pu observer que l’holmium conserve le même état magnétique de manière stable pendant plusieurs heures.

Ensuite, lorsqu’ils ont essayé d’utiliser deux atomes d’holmium au lieu d’un seul, ils ont fait une autre découverte surprenante : le fait de placer des atomes d’holmium à une distance d’un nanomètre n’a pas eu d’impact sur leur capacité à stocker des informations individuellement.

Cette découverte a été surprenante, car on s’attendait à ce que le champ magnétique d’un atome ait un impact sur son voisin.

“Pour démontrer l’indépendance de la lecture et de l’écriture, nous avons construit une structure à l’échelle atomique avec deux bits d’holmium, auxquels nous avons écrit les quatre états possibles (1-1, 0-0, 1-0 et 0-1) et que nous avons lus à la fois par magnétorésistance et à distance par résonance de spin électronique”, ont déclaré les scientifiques.

“La grande stabilité magnétique combinée à la lecture et à l’écriture électrique montre que la mémoire magnétique à un seul atome est effectivement possible.”

“Il n’y a pas d’effets mécaniques quantiques entre les atomes d’holmium. Nous voulons maintenant savoir pourquoi”, a noté le coauteur principal, Andreas Heinrich, directeur du Centre de nanoscience quantique à l’Institut des sciences fondamentales.

“Les atomes d’holmium peuvent être disposés très près les uns des autres, de sorte que la densité de stockage utilisant cette technique à un seul atome pourrait être très élevée”, a-t-il ajouté.

“Nous avons ouvert de nouvelles possibilités pour la nanoscience quantique en contrôlant les atomes individuels précisément comme nous le voulons. Cette recherche pourrait stimuler l’innovation dans les supports de stockage commerciaux, ce qui élargira les possibilités de miniaturisation du stockage des données.”

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