Un pas important vers l'électronique quantique

Des chercheurs français changent à volonté l'état magnétique d'une molécule de fullerène. Les premiers pas vers la création de mémoires quantiques qui démultiplieraient les capacités des systèmes électroniques



A Grenoble, des chercheurs du CNRS et de l'Institut Néel de l'Université Joseph Fourier ont réussi pour la première fois à faire passer une molécule unique de fullerène (molécule artificielle d'un nanomètre de diamètre composée de carbone) d'un état magnétique à un état non magnétique par l'application d'une tension électrique. Ces résultats, qui viennent d'être publiés sur le site de la revue Nature, pourraient permettre de concevoir une mémoire pour l'information quantique et donner des capacités démultipliées aux composants électroniques, notamment aux disques durs. Un atout dans la course effrénée à la miniaturisation de cette industrie.

L'information quantique résulte de la manipulation de deux états quantiques, comme le spin de l'électron qui pointe vers le haut ou vers le bas. La mécanique quantique est caractérisée par un don d'ubiquité des petits systèmes et des spins, c'est-à-dire qu'ils peuvent avoir deux positions ou énergies à la fois. Pour mémoire, le spin de l'électron est assimilable à une aimantation dont la direction changerait selon que l'électron tourne sur lui-même dans un sens ou dans l'autre.

Ces travaux se basent sur la spintronique ou électronique de spin, une discipline initiée par Albert Fert, Prix Nobel de Physique 2007, qui vise à réaliser une électronique miniaturisée utilisant les propriétés magnétiques et quantiques des électrons. Ceux-ci se comportent comme de petits aimants élémentaires qui se déplacent selon un mouvement de rotation, comme une toupie autour d'un axe définissant ainsi leur spin. Les électrons peuvent par conséquent transporter de l'information par l'intermédiaire de leur orientation. Mais lors de leur déplacement, comme ils ne conservent l'orientation de leur spin que sur des distances très courtes, les composants utilisés pour la spintronique doivent être structurés à l'échelle nanométrique.


Dans le cadre des travaux qui viennent d'être présentés, les physiciens ont réalisé un transistor en insérant une molécule unique de fullerène entre deux électrodes de taille nanométrique. Deux électrons sont ensuite apportés à cette molécule. En fonction du champ électrique appliqué, les directions des aimants portés par ces électrons sont soit tête bêche, la molécule n'est alors pas magnétique, soit orientés dans la même direction, la molécule de fullerène devient alors magnétique.

Ces travaux ouvrent la voie à un nouveau domaine de recherche : la spintronique moléculaire, un domaine émergent et novateur combinant la spintronique à l'électronique moléculaire. Il pourrait permettre de réaliser une mémoire pour l'information quantique grâce à l'introduction d'un atome magnétique dans la molécule de fullerène, la lecture et l'écriture de la mémoire se faisant par exemple à l'aide des électrodes du transistor.

Jean-François Prevéraud

Pour en savoir plus : http://neel.cnrs.fr


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