Spintronique : contrôle électrique d’un aimant moléculaire

La spintronique(3), vise à réaliser une électronique utilisant les propriétés magnétiques 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(4). 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 (de l’ordre du milliardième de mètre).

Ici, les physiciens ont réalisé un transistor(5) 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).

Ce travail ouvre 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.

© Institut Néel, CNRS, UJF, N. Roch (cette image est disponible auprès de la photothèque du CNRS, phototheque@cnrs-bellevue.fr).

Photographie du transistor moléculaire

Notes :

1) Les fullerènes sont des molécules d’un nanomètre de diamètre composées de carbone. Issues de manipulations humaines et non présentes à l’état brut dans la nature, elles peuvent prendre la forme d’une sphère, d’un ellipsoïde, d’un tube ou d’un anneau.
2) 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.
3) La spintronique ou électronique de spin est une discipline exploitant les propriétés magnétiques et quantiques de l’électron. Elle pourrait permettre une miniaturisation plus poussée de circuits électroniques et la réalisation d’ordinateurs quantiques traitant l’information grâce à des qubits, ces derniers étant les éléments de base pour le traitement de l’information quantique.
4) 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. Cet état quantique se décrit alors par deux valeurs, positive ou négative (+1/2 ou -1/2 dans le cas d’un seul électron).
5) Composant électronique de base.