ALS - Magazine 6 - Septembre 2017

Pour le disque dur, le stockage binaire de l’infor- mation (0 et 1) est réalisé sur un medium granulaire constitué de phases magnétiques nanoscopiques qui se comportent comme autant d’aimants au passage de la tête de lecture. Pour écrire l’infor- mation, il faut donc être capable de retourner l’aimantation de ces nano-aimants. Ceci est réalisé par l’intermédiaire d’un champ magnétique. Cette méthode atteint aujourd’hui ses limites et il ne semble plus possible d’augmenter la vitesse d’écriture et de lecture tout en accroissant la densité d’information stockée. L’équipe « nanomagnétisme et électronique de spin » de l’Institut Jean Lamour, en collaboration avec des équipes de l’Université de Californie San Diego (UCSD), vient de montrer que l’on peut utiliser des pulses de lumière laser ultrarapides pour retourner ces petits aimants. Ce retour- nement d’aimantation « tout optique » découvert en 2007 n’avait jusqu’alors pu être observé que pour un type de matériau particulier : un alliage de cobalt, de fer et de gadolinium. 11 Le groupe de l’IJL a démontré que ce phénomène était beaucoup plus général et qu’un grand nombre de matériaux magnétiques pouvaient montrer cette propriété 12 parmi lesquels les milieux granulaires utilisés dans l’enregistrement magnétique. 13 Un faisceau laser polarisé permet de retourner l’aimantation de ces matériaux dans un sens ou dans l’autre. Il est ainsi possible d’enregistrer de l’information sur un matériau magnétique à l’endroit où le laser agit. Effectuer ces renversements d’aimantation par la lumière permet par ailleurs de stocker et de lire l’information beaucoup plus rapidement. En plus d’être bien plus rapide, ce phénomène de retour- nement d’aimantation semble nécessiter beau- coup moins d’énergie que les systèmes actuels. 14 Ces découvertes nous permettent d’envisager un stockage de l’information ultime plus rapide et moins gourmand en énergie (schématisé par les Figures 5 et 6) nécessaire au développement de l’internet des objets. 3/ S. Mangin, D. Pierre, A TUBE for multi-materials growth and multi-technic characterization under Ultra High Vacuum, La Gazette du Vide n°27. 4/ http://videos.univ-lorraine.fr/index.php?act=view&id=2217 5/ D.-H. Kim, N. Lu, R. Ma, Y.-S. Kim, R.-H. Kim, S. Wang, J. Wu, S. M. Won, H. Tao, A. Islam, K. J. Yu, T.-I. Kim, R. Chowdhury, M. Ying, L. Xu, M. Li, H.-J. Chung, H. Keum, M. McCormick, P. Liu, Y.-W. Zhang, F. G. Omenetto, Y. Huang, T. Coleman and J. A. Rogers, Epidermal Electronics, Science, vol. 333, no. 6044, pp. 838-843, 2011. Dans ce contexte, les dispositifs à base d’ondes acoustiques de surface (SAW) développés avec le Pr Omar Elmazria sont particulièrement perti- nents. 9,10 On sait que ces dispositifs sont largement utilisés comme filtres, résonateurs ou lignes à retard dans les systèmes électroniques pour une large gamme d’applications aux communications mobiles, aux radars, ou en tant que résonateurs stables de génération d’horloge. La fréquence de résonance et le délai de transmission de signaux des dispositifs SAW peuvent être très sensibles aux paramètres physiques de l’environnement et les dispositifs SAW sont de plus en plus utilisés comme capteurs pour une grande variété de paramètres tels le gaz, la pression, la force, la température, la déformation, les radiations, etc. Les capteurs à base de SAW présentent l’avantage d’être entièrement passifs (sans batterie) et peuvent être interrogés en utilisant des techniques sans fil. Au niveau international, le sujet présente une forte nouveauté : le couplage des domaines de l’électro- nique sur peau – qui est un domaine très récent – et du domaine de l’acoustique des ondes isolées pour réaliser des capteurs sans fils étirables à faibles pertes. Ces choix scientifiques sont extrêmement originaux par rapport à l’état de l’art et permettent d’envisager un positionnement international fort. ALS MAG ALS Mag / 29 (b) (c) Figure 5 : Présentation de la future génération de disques durs où la tête de lecture volant au dessus du disque (a) est composée d’un laser (b) permettant de retourner des petits objets magnétiques d’environ 10nm (c). Par rapport à la technologie des disques durs d’aujourd’hui, cela permettrait de multiplier par 10 la capacité de stockage et par 1000 fois la vitesse d’écriture de l’information. Figure 6 : Illustration de l’enregistrement miniaturisé de bits magnétiques à l’aide d’un faisceau laser femtoseconde. Cet enregistrement est réalisé en polarisant circulairement la lumière laser qui balaye le matériau magnétique tandis que la polarisation est modulée “droite” ou “gauche” pour créer des domaines magnétiques alignés respectivement vers le haut ou le bas (flèches rouges ou bleues). (a) (b) (c) LA LUMIÈRE POUR STOCKER L’INFORMATION PLUS RAPIDEMENT ? L’énorme quantité d’informations générées par l’Internet des Objets demande des espaces de stockage, et des vitesses de traitement gigantesques. Aujourd’hui la majorité de l’information stockée sur les ordinateurs et dans le nuage (cloud) est physiquement présente sur des disques durs. 6/ W.-H. Yeo, Y.-S. Kim, J. Lee, A. Ameen, L. Shi, M. Li, S. Wang, R. Ma, S. H. Jin, Z. Kang, Y. Huang and J. A. Rogers, Multifunctional Epidermal Electronics Printed Directly Onto the Skin, Adv. Mater., vol. 25, no. 20, pp. 2773-2778, 2013. 7/ S. Hage-Ali, W.-H. Yeo, Y. Su, M. F. Shaik, J. A. Fan, W. Lee, J. Lee, S.-Y. Jung, E. Topsakal, Y. Huang and J. A. Rogers, Meshed stretchable antennas, to be submitted to Advanced Materials, 2017. 8/ X. Huang, Y. Liu, H. Cheng, W.-J. Shin, J. A. Fan, Z. Liu, C.-J. Lu, G.-W. Kong, K. Chen, D. Patnaik, S.-H. Lee, S. Hage-Ali, Y. Huang and J. A. Rogers, Materials and Designs for Wireless Epidermal Sensors of Hydration and Strain, Adv. Funct. Mater., vol. 24, no. 25, pp. 3846-3854, 2014. 9/ M. Elhosni, O. Elmazria, A. Talbi, K. Ait Aissa, L. Bouvot, F. Sarry and S. Hage-Ali, FEM modeling of magnetic field SAW sensors based on magneto-piezoelectric layered structures, submitted to Sensors and Actuators A, 2014. 10/ O. Legrani, O. Elmazria, S. Zhgoon, P. Pigeat and A. Bartasyte, Packageless AlN/ZnO/Si Structure for SAW Devices Applications, IEEE Sensors Journal, vol. 13, no. 2, pp. 487-491, 2013. 11/ C.D. Stanciu, F. Hansteen, A.V. Kimel, A. Kirilyuk, A. Tsukamoto, A. Itoh, T. Rasing, Ultrafast Interaction of the Angular Momentum of Photons with Spins in the Metallic Amorphous Alloy GdFeCo, Phys. Rev. Lett., vol. 98, p. 207401, 2007. 12/ S. Mangin, M. Gottwald, C.-H. Lambert, D. Steil, V. Uhlir, L. Pang, H. Hehn, S. Alebrand, M. Cinchetti, G. malinnowski, Y. Fainman, M. Aeschlimann, E.E. Fullerton, Engineered materials for all-optical helicity-dependent magnetic switching, Nat. Mater., vol. 13, pp-286-292, 2014. 13/ C.H. Lambert, S. Mangin, B.S.D.C.S. Varaprasad, Y.K. Takahashi, M. Hehn, M. Cinchetti, G. Malinowski, K. Hono, Y. Fainman, M.Aeschlimann, E.E. Fullerton, All-optical control of ferromagnetic thin films and nanostructures, Science, vol. 345, pp-1337–1340, 2014. 14/ M.S. El Hadri, M. Hehn, P. Pirro, C.-H. Lambert, G. Malinowski, E.E. Fullerton, S. Mangin, Two types of all-optical magnetization switching mechanisms using femtosecond laser pulses, Phys. Rev. B, vol. 94, p. 064412, 2016.