Utilisation de l'ingénierie monopôle de phase de Berry pour les dispositifs spintroniques à haute température

Les dispositifs spintroniques sont des dispositifs électroniques qui utilisent le spin des électrons (une forme intrinsèque de moment cinétique possédé par l'électron) pour réaliser un traitement à grande vitesse et un stockage de données à faible coût. À cet égard, le couple de transfert de spin est un phénomène clé qui permet de réaliser des dispositifs spintroniques ultrarapides et de faible consommation. Cependant, récemment, le couple spin-orbite (SOT) est apparu comme une alternative prometteuse au couple de transfert de spin.

De nombreuses études ont étudié l'origine du SOT, montrant que dans les matériaux non magnétiques, un phénomène appelé effet Hall de spin (SHE) est essentiel à l'obtention du SOT. Dans ces matériaux, l’existence d’une structure en « bande de Dirac », un arrangement spécifique d’électrons en termes d’énergie, est importante pour obtenir un SHE important. En effet, la structure de la bande de Dirac contient des « points chauds » pour la phase de Berry, un facteur de phase quantique responsable du SHE intrinsèque. Ainsi, les matériaux présentant des points chauds de phase Berry appropriés sont essentiels à l’ingénierie du SHE.

Dans ce contexte, le matériau siliciure de tantale (TaSi₂) est d'un grand intérêt car il possède plusieurs points de Dirac proches du niveau de Fermi dans sa structure de bande, adaptés à la pratique de l'ingénierie des phases de Berry. Pour démontrer cela, une équipe de chercheurs, dirigée par le professeur agrégé Pham Nam Hai du Département de génie électrique et électronique de l'Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech), au Japon, a récemment étudié l'influence des points chauds de la bande de Dirac sur la dépendance à la température de ELLE à TaSi₂.

“L'ingénierie monopôle de phase Berry est une voie de recherche intéressante car elle peut donner naissance à des dispositifs spintroniques SOT à haute température efficaces tels que la mémoire vive magnétorésistive”, explique le Dr Hai. Leurs conclusions ont été publiées dans la revue Lettres de physique appliquée.

A travers diverses expériences, l'équipe a observé que l'efficacité SOT du TaSi₂ est resté presque inchangé de 62 K à 288 K, ce qui était similaire au comportement des métaux lourds conventionnels. Cependant, en augmentant davantage la température, l'efficacité du SOT a soudainement augmenté et a presque doublé à 346 K. De plus, le SHE correspondant a également augmenté de la même manière.

Ce comportement était notamment très différent du comportement des métaux lourds conventionnels et de leurs alliages. Après une analyse plus approfondie, les chercheurs ont attribué cette augmentation soudaine de SHE à haute température aux monopôles de phase Berry.

“Ces résultats fournissent une stratégie pour améliorer l'efficacité du SOT à haute température via l'ingénierie monopôle de phase Berry”, explique le Dr Hai.

Leur étude met en évidence le potentiel de l’ingénierie monopôle de phase Berry pour utiliser efficacement le SHE dans des matériaux non magnétiques et ouvre une nouvelle voie pour le développement de dispositifs spintroniques SOT à haute température, ultrarapides et de faible consommation.