Dans une avancée majeure pour la spintronique et la microscopie électronique, des chercheurs du Laboratoire National de Brookhaven du Département de l'Énergie des États-Unis ont réalisé la première imagerie nanométrique en temps réel des ondes de spin. Publiée dans *Nature Materials* le 27 janvier 2025, l'étude détaille une nouvelle technique combinant la microscopie électronique avec la technologie des micro-ondes pour observer le comportement des ondes de spin avec une résolution spatiale et temporelle inégalée.
"Notre configuration d'imagerie est véritablement innovante, nous permettant d'observer directement le comportement des ondes de spin avec une résolution spatiale et temporelle inégalée", a déclaré Chuhang Liu, auteur principal et doctorant à l'Université de Stony Brook. Cette avancée répond à un défi important en magnonique, un sous-ensemble de la spintronique, qui nécessite une imagerie efficace des ondes de spin à l'échelle nanométrique pour faire progresser la microélectronique économe en énergie et les technologies de traitement de l'information.
L'équipe a créé et stabilisé une structure magnétique topologique unique dans des films minces de permalloy, excitant les spins à l'aide de signaux de radiofréquence. Cela leur a permis d'observer la génération, la propagation, la réflexion et l'interférence des ondes de spin, révélant que ces ondes se forment de préférence aux anti-vortex et sont associées au mouvement oscillatoire de parois de domaine spécifiques. Ces informations sont cruciales pour comprendre le traitement du signal économe en énergie.
Cette réalisation s'appuie sur deux décennies d'histoire de l'imagerie de la structure de spin à Brookhaven en utilisant le premier microscope électronique à transmission de Lorentz (LTEM) dédié des États-Unis. L'intégration d'un pulseur d'électrons ultra-rapide à fréquence micro-onde, initialement développé en partenariat avec Euclid Techlabs, LLC, a permis de capturer la dynamique des ondes de spin à des vitesses de picosecondes. "Notre travail ouvre une nouvelle frontière dans la microscopie électronique, offrant une vue nanométrique sans précédent de la dynamique des magnons", a déclaré le physicien de Brookhaven, Yimei Zhu.
Le développement est particulièrement important pour l'informatique neuromorphique, qui vise à reproduire l'efficacité énergétique et les capacités de traitement parallèle du cerveau humain. La méthode de déclenchement électrique utilisée dans cette étude reflète la signalisation à base de pics électriques que l'on trouve dans les synapses biologiques, ce qui la rend essentielle pour imiter le comportement des réseaux neuronaux dans les systèmes artificiels. Cette recherche comble le fossé entre la recherche fondamentale et les applications pratiques dans les technologies sans fil et l'informatique quantique.