05/03/2013 - Progrès dans la maîtrise du bruit dans les transmissions électroniques d'informations

Menéame

Une étude de la Université autonome de Madrid a réalisé un progrès important dans le contrôle du bruit qui affecte la transmission électronique d’informations. Ce bruit - ou variation non désirée dans un signal - a été le principal obstacle qui a jusqu'à présent rencontré la spiritronique, une nouvelle technologie qui peut avoir un impact radical sur les dispositifs de stockage massif.

La spiritronique est une technologie émergente qui peut avoir un impact radical sur les puces du futur, car elle permet une plus grande flexibilité dans le traitement et la transmission de l’information. À la base de cette nouvelle branche de l’électronique se trouve la possibilité de contrôler non seulement les électrons, mais aussi leur espion, qui est une propriété physique sensible au magnétisme.

Le groupe MAGNE TRANS de l’Université autonome de Madrid (UAM), spécialisé en Espritronique, a récemment démontré qu’il est possible de contrôler - par un champ magnétique externe - le bruit fondamental qui affecte la transmission d’informations sur des dispositifs Espritiques.

Ceux-ci Résultats, présentés dans la revue Physical Review Letters, représentent un progrès important, car jusqu'à présent, il n’était possible de contrôler le bruit (variation non désirée dans un signal) qu’en modifiant les dispositifs eux-mêmes.

Plus précisément, l’étude a réussi pour la première fois à contrôler de manière externe le bruit intrinsèque dans un type de dispositifs permettant le passage du courant électrique grâce au phénomène connu sous le nom d'"effet tunnel ."

Bruit électronique dans le tunnel quantique

Le flux de photons (nombre de lumières) ou d’électrons (nombre de chargements) est la base fondamentale des systèmes d’informatique et de télécommunications. Depuis près de cent ans, on sait que ce flux a un bruit intrinsèque, appelé bruit de tir.

Ce bruit est dû au fait qu’à chaque instant, le nombre d’électrons ou de photons traversant une structure n’est pas exactement le même. C’est-à-dire que le temps entre le passage d’une particule et le passage suivant est complètement aléatoire, entraînant des fluctuations dans le signal.

El étude de l’UAM a utilisé des structures connues sous le nom de "unions tunnel magnétique à double barrière." Les liaisons tunnels, qui sont utilisées comme capteurs magnétiques sur les disques durs, sont composées de terminaux ferromagnétiques (qui peuvent être imantés) séparés par une couche de matériau isolant d’épaisseur nanométrique.

Ces structures permettent le passage du courant électrique grâce au phénomène 'effet tunnel' ou 'tunnel quantique'. Cela se produit lorsqu'un électron ou une autre particule traverse un obstacle qui, selon la physique classique, est infranchissable.

"Les unions tunnel doubles utilisées dans la recherche se composent de trois électrodes ferromagnétiques séparées les unes des autres par des barrières isolantes. Ils sont comme deux résistances sensibles aux champs magnétiques connectés en série. Les structures présentent quatre états de résistance définis par les épaisseurs des électrodes et des barrières, de sorte qu’il est possible de contrôler le bruit dans chaque état," explique Farkhad Aliev, professeur de l’UAM et signataire de l’article.

L’expérience

Pour étudier le comportement du bruit de tir en fonction d’un champ magnétique appliqué, les chercheurs ont utilisé le facteur de Fano (F). Ce coefficient compare le bruit de tir associé à une tension déterminée à la valeur que l’on obtiendrait si cette tension était appliquée à une liaison tunnel conventionnelle.

L’expérience a été réalisée dans un équipement cryogénique, à une température de 0.3 degrés au-dessus du zéro absolu (environ -272 °C), éliminant ainsi la contribution thermique du bruit.

La figure montre comment la valeur du bruit de tir dépend du champ magnétique appliqué et donc de l’état de résistance de l’échantillon. Par exemple, à l’état 3 de la figure, on peut voir que la valeur du bruit est considérablement inférieure à celle du reste.

Les données empiriques obtenues ont été comparées à des théories développées par des collaborateurs des universités de Poznan et de Rzesov (Pologne), il est possible d’estimer le temps pendant lequel l’espion de l’électron reste inchangé dans les disposifs: une donnée d’une grande importance pour la conception des composants spintroniques.

Le travail a été réalisé par l’enquêteur prédoctoral Juan Pedro Cascales sous la direction de Farkhad Aliev, tous deux membres du groupe. MAGNETRANS du Département de physique de la matière condamnée de l’UAM. Outre les institutions polonaises susmentionnées, ces chercheurs ont bénéficié de la collaboration de l’Université de Nancy (France) dans la fabrication des dispositifs utilisés dans l’expérience.

Figure 1.La figure montre comment la résistance (courbe rouge) dépend du champ magnétique, où trois états de résistance bien différenciés peuvent être observés. Le facteur de Fano (points bleus), et donc le bruit de tir, dépendent de l’état magnétique, et on observe que les fluctuations sont plus faibles dans l’état 3. Le dessin représente, intuitivement, le passage par le courant à travers la structure, où on obtient un signal moins aléatoire (ou avec moins de bruit) à l’état 3.

Image (Source UAM)

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Référence bibliographique:

J. P. Cascales, D. Herranz, F. G. Aliev, T. Szczepański, V. K. Dugaev, J. Barnaś, A. Duluard, M. Hehn, and C. Tiusan. Controlling Shot Noise in Double-Barrier Magnetic Tunnel Junctions. Phys. Rev. Lett. 109, 066601 (2012). DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.066601

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