​En 2011, des chercheurs de l'Université Radboud, à Nimègue (Pays-Bas) annoncent avoir renversé l'aimantation d'un matériau grâce à des impulsions laser ultra-brèves. L'écriture optique d'une mémoire magnétique peut donc être désormais envisagée. Remplacer le courant polarisé en spin utilisé aujourd'hui par des impulsions laser permettrait de ramener la durée d'écriture de la nanoseconde (10^-9 s) à la picoseconde (10^-12 s), soit un gain d'un facteur mille en rapidité et cent en consommation énergétique.

Une technologie mariant opto-magnétisme et spintronique

Coordonné par l'Université danoise Aarhus, le projet Spice consiste à adapter l'expérience des physiciens néerlandais à l'échelle d'un circuit intégré et à développer une mémoire magnétique de huit bits à écriture optique basse consommation (0,6 picojoule par bit écrit).  Cette mémoire doit être considérée comme la « preuve de concept » d'une technologie originale, mariant opto-magnétisme et spintronique avec les process de fabrication électroniques les plus avancés. Une technologie qui, dans dix ans, pourrait répondre aux besoins de mémoires de processeurs pétabit/s et de datacenters exaflopiques  (10¹⁸ floating operations /s) à empreinte carbone réduite.

Un sandwich photonique-spintronique

À quoi ressemblera la mémoire de SPICE ? À une sorte de sandwich comportant deux « tranches » en vis-à-vis, l'une photonique et l'autre spintronique. L'une de ces couches achemine les impulsions laser provenant d'un laser extérieur, prépare leur état de polarisation optique et les commute à l'endroit désiré sur la deuxième couche pour l'écriture du bit. La lecture, quant à elle, s'effectue de manière électrique dans la couche spintronique, comme dans une MRAM actuelle.

Spécialiste des empilements magnétiques des MRAM, l'Inac est chargé de développer de nouveaux matériaux fonctionnels de type jonction tunnels magnétiques, dans lesquels les couches de stockage peuvent être écrites optiquement. « Nous avons réussi à adapter nos empilements avec l'insertion de nouveaux matériaux ferrimagnétiques compatibles avec l'écriture optique, annonce Lucian Prejbeanu, chercheur à l'Inac et responsable de la contribution du CEA à Spice. Il reste encore à trouver un substitut au masque dur de tantale, trop opaque pour le passage du faisceau laser. »

Une technologie générique

Dans Spice, l'Inac apporte son expertise au meilleur niveau en matière de conception et d'intégration de mémoires spintroniques, basées sur des jonctions tunnel magnétiques. « La technologie de stockage magnétique haute densité HAMR (Heat-Assisted Magnetic Recording) pour les disques durs utilise elle aussi des impulsions laser nanoseconde pour favoriser l'écriture des bits, remarque Lucian Prejbeanu. Elle est proche de la commercialisation mais ne procède pas d'une approche spintronique – photonique intégrée. Spice sera véritablement une première ! »

 « Une fois la technologie de Spice validée pour des mémoires, on pourrait aussi imaginer des développements visant à intégrer sur une même puce des mémoires, des capteurs magnétiques et des oscillateurs radiofréquence, prévoit le chercheur. C'est précisément l'objectif du projet européen Great avec la technologie spintronique classique à écriture électrique, que l'Inac coordonne, dans la perspective notamment de l'internet des objets. Spice est vraiment une technologie générique ! »