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Sunday, 27 September 2026dailybeirut.com
Tech & Sciences
Des ingénieurs de l'UCSD démontrent une commutation optique indépendante de l'hélicité dans des matériaux épais, promettant une mémoire plus rapide et dense.
Pendant des décennies, le stockage de données magnétiques a reposé sur l'inversion d'états binaires via des champs magnétiques. Cette méthode consomme toutefois de l'énergie et limite la vitesse de basculement des bits.
Une équipe d'ingénieurs de l'Université de Californie à San Diego (UCSD) propose désormais une alternative utilisant une lumière spécifiquement façonnée pour réécrire les informations magnétiques. Leurs expériences valident cette commutation optique dans un matériau bien plus épais que ceux testés auparavant, avec une inversion de l'aimantation indépendante de l'hélicité.
Cette avancée pourrait permettre de rendre la mémoire magnétique plus rapide, plus dense et énergétiquement plus efficace. La difficulté résidait jusqu'ici dans la complexité du couplage entre la lumière et le magnétisme. Les essais antérieurs ne parvenaient à déclencher ce phénomène que dans des empilements magnétiques limités à trois couches maximum.
L'épaississement du matériau supprimait l'effet observé, restreignant ainsi la conception physique de la mémoire et sa capacité de rétention. De plus, ces précédents travaux exigeaient une polarisation lumineuse très spécifique.
Au lieu de chercher un nouveau matériau capable de contourner ces obstacles, les chercheurs de l'UCSD ont modifié la lumière elle-même. « Nous avons conçu optiquement la lumière pour modifier la physique qui se produit dans le matériau aux échelles micro et nanométriques », explique Muhammad Waleed Khalid, chercheur principal et doctorant à l'UCSD.
Les scientifiques ont utilisé un laser ultra-rapide dont ils ont remodelé le faisceau pour concentrer son énergie dans une zone extrêmement réduite. Lorsque le point focalisé descend sous 1,36 micromètre, la commutation devient indépendante de l'hélicité.
En ajustant la forme du faisceau, l'équipe a pu influencer localement l'échauffement et les couples optiques agissant sur le matériau, altérant ainsi la réponse de son aimantation à la lumière.
Le protocole a été validé sur un matériau magnétique composé de neuf couches alternées de platine et de cobalt. Cette structure est nettement plus épaisse que la limite de trois couches imposée par les expérimentations précédentes.
Les résultats confirment que ce matériau subit une inversion d'aimantation indépendante de l'hélicité, levant ainsi une contrainte majeure des approches antérieures.
Le processus s'opère via une séquence d'impulsions laser ultra-rapides. Les premières impulsions concentrent suffisamment d'énergie dans un petit point pour chauffer une zone locale et créer une région magnétique inversée. Des impulsions supplémentaires étendent ensuite cette zone commutée jusqu'à atteindre un état stable.
« Travailler avec un laser spécialisé nous a permis de concevoir optiquement le faisceau pour qu'il ait une certaine forme et taille. Cela nous a donné la marge nécessaire pour explorer une physique plus fondamentale, impossible avec des lasers conventionnels », ajoute Khalid.
Les estimations indiquent que cette commutation optique pourrait être plus de 1 000 fois plus rapide que les méthodes utilisant des champs magnétiques externes. Comme la zone commutée dépend de l'endroit où la lumière focalisée dépose son énergie, réduire le faisceau permettrait de densifier davantage l'information magnétique.
« Plus la taille du faisceau est petite, plus la mémoire optique est petite et dense », précise Abdoulaye Ndao, chercheur senior et professeur à l'école d'ingénierie Jacobs de l'UCSD.
L'établissement de ces résultats inhabituels n'a pas été immédiat. L'équipe a répété les expériences à plusieurs reprises car les effets observés différaient radicalement des constats précédents dans le domaine.
« Les effets que nous voyions étaient si nouveaux et inhabituels qu'il nous a été difficile de convaincre nos pairs que notre découverte n'était pas un coup de chance unique. Nous avons consacré beaucoup de temps et d'efforts à répéter et vérifier nos expériences pour étayer nos travaux auprès de la communauté de l'optique », confie Khalid.
Plutôt que de redessiner le matériau magnétique pour rendre la commutation optique possible, les chercheurs ont démontré que la mise en forme rigoureuse de la lumière changeait la réponse du support.
« Au lieu de concevoir un nouveau matériau pour permettre la commutation optique, nous avons redessiné la lumière elle-même et montré de nouvelles propriétés que l'on ne croyait pas possibles », note Ndao.
Néanmoins, cette technologie reste loin d'une application commerciale dans les dispositifs de stockage. Le laser ultra-rapide spécialisé requis actuellement est difficile à intégrer dans les puces informatiques.
Les chercheurs explorent donc des matériaux magnétiques susceptibles de produire des effets similaires avec des lasers plus compatibles avec les systèmes électroniques.
Ils visent également à réduire encore le faisceau, potentiellement à quelques centaines de nanomètres, grâce à des structures optiques capables de confiner la lumière dans des espaces plus petits. Si cette étape réussit, elle offrirait un moyen d'étudier et de contrôler le magnétisme à des échelles bien inférieures à celles accessibles par la commutation magnétique conventionnelle.
L'étude est publiée dans la revue Nature Communications.
