Observée pour la première fois en 2017 dans des matériaux non magnétiques, la magnétorésistance « unidirectionnelle » (UMR) se distingue par le fait que la résistance varie non seulement avec le champ magnétique appliqué mais aussi avec l'intensité et la direction du courant électrique.

Pour la mettre en évidence, les chercheurs ont fait croître, sur un substrat de silicium, une couche de germanium suivant une direction cristalline particulière. Ils ont ensuite fait passer un courant dans cette couche en appliquant un champ magnétique externe. Ils ont alors observé que la résistance du germanium dépend de l'intensité du courant et du champ magnétique et qu'elle est maximale pour un courant perpendiculaire au champ magnétique.

Selon eux, l'UMR trouve son origine dans un gaz d'électrons bidimensionnel, à la surface du germanium. Le spin de ces électrons s'aligne perpendiculairement à leur déplacement, dans leur plan, comme s'il existait un champ magnétique « interne » au gaz d'électrons. Le champ magnétique externe appliqué peut alors, suivant sa direction et son intensité, amplifier ou atténuer ce champ « interne » et donc, moduler le transport des électrons et la résistance électrique du germanium. Ces phénomènes ont pu être décrits par les scientifiques dans un modèle qui s'est révélé en bon accord avec les résultats expérimentaux.

Ce résultat relance les travaux sur un transistor à spin. Dans une telle configuration, la tension de grille permettrait de contrôler grâce à l'UMR l'état des spins injectés au niveau de la source. Le temps de commutation serait plus court que celui d'un transistor classique et la consommation énergétique moindre. 

Cette étude a été menée en collaboration avec l'Unité mixte de physique CNRS-Thales, à Palaiseau.