Les matériaux multiferroïques au service du stockage de données

Une équipe de chercheurs du Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), en collaboration avec des collègues scientifiques français et anglais, ont mis au point un matériau à température ambiante dont les propriétés sont très prisées, car il s’agit d’un matériau multiferroïque. Leurs recherches se sont concentrées sur le titanate de baryum (BaTiO3), un oxyde de baryum et de titane très utilisé sous forme de céramique pour ses propriétés piézoélectriques et diélectriques.

Un matériau multiferroïque est un matériau qui est à la fois ferroélectrique c’est-à-dire possédant une polarisation spontanée, et ferromagnétique, possédant un magnétisme spontané. Il peut aussi « souffrir » d’une troisième qualité, la ferroélasticité. Le défi du couplage entre magnétisme et ferroélectricité est un enjeu de taille, car il peut devenir extrêmement intéressant d’utiliser les deux propriétés du matériau, l’induction de l’aimantation par un champ électrique ou à contrario la polarisation par un champ magnétique. La difficulté de combiner ces deux propriétés rend les matériaux multiferroïques relativement rares.

Le BaTiO3 semble prometteur pour le stockage de données, comme l’annonce leur publication dans le journal « Nature Materials ». « L’idée est d’appliquer un voltage au matériau ferroélectrique pour inverser la polarisation ferroélectrique, affectant la magnétisation du matériau. Vous pouvez l’utiliser par exemple pour écrire des octets d’informations dans la mémoire en appliquant simplement un voltage, ce qui revient bien moins cher en terme d’énergie que d’appliquer des champs magnétiques » explique Sergio Valencia, co-responsable du groupe de recherches. Pouvoir le faire à température ambiante plutôt qu’à des températures très basses est une avancée significative, rendant la technologie pratique et plus abordable.

Mais le titanate de baryum n’est pas multiferroïque à température ambiante. La multiferroïcité a été induite par l’équipe de chercheurs en le mettant en contact le BaTiO3 avec des matériaux ferroélectriques naturels comme le fer et le cobalt. Le matériau final est donc composé d’un film épais de quatre atomes de BaTiO3 coiffé d’un film de fer et de cobalt, d’une épaisseur de dix atomes. « Ces épaisseurs minimes sont nécessaires pour l’application de tels matériaux à des dispositifs constamment miniaturisés » conclut Sergio Valencia.

Par Moonzur Rahman