Le grand moment d’une petite molécule

Le monde du numérique progresse à grande vitesse et déjà plusieurs milliards de données enregistrées chaque jour dévorent des espaces de stockage toujours plus grands. « Pour stocker un bit d’information à l’heure actuelle, il faut plusieurs atomes de silicium qui occupent une surface d’une cinquantaine de nanomètres de côté. Nous proposons de stocker ce bit sur un complexe moléculaire renfermant un seul atome de dysprosium, d’une surface 2500 fois plus petite(1) », explique le chimiste Fabrice Pointillart. Ce complexe moléculaire a été développé par le groupe rennais Matériaux inorganiques multifonctionnels (MIM)(2) de l’Institut des sciences chimiques de Rennes.

« Notre choix s’est porté sur le dysprosium car il possède le plus grand moment magnétique parmi les terres rares(3), c’est-à-dire qu’il est très sensible au champ magnétique. » Quand il y est soumis, le dysprosium peut prendre deux directions opposées qui lui confèrent des propriétés différentes. « Puis, lorsque le champ magnétique devient nul, l’atome conserve l’une ou l’autre des orientations », ajoute le physicien Olivier Cador. L’existence de ces deux états rémanents rend possible l’adressage de deux données numériques distinctes (par exemple 0 et 1).

Effet mémoire en solution

D’autres molécules dotées de cet effet mémoire existent déjà sous forme cristalline. « Avec notre complexe de dysprosium, le phénomène fonctionne en solution et c’est une première ! » La solubilité et la robustesse de la molécule facilitent son dépôt sur une surface. Les chercheurs ont aussi lié l’atome à un fragment moléculaire(4) pour exalter sa luminescence. « Magnétisme et luminescence sont les propriétés ciblées des terres rares. Nous montrons par nos études qu’une seule et même molécule peut remplir les deux fonctions », résume Fabrice Pointillart.

Des résultats à - 269 °C

Ces travaux ont été possibles grâce à deux machines imposantes qui mesurent les propriétés physico-chimiques d’un échantillon à des températures et des champs magnétiques variables. « Avoir ces deux appareils dans le même laboratoire est une chance unique en France, précise Olivier Cador. Le premier descend à - 268,95 °C (4,2 K) grâce à l’utilisation de l’hélium 4 (communément appelé hélium liquide). Dans le deuxième, nous avons de l’hélium 3 pour atteindre - 272,65 °C. La différence paraît minime mais à l’échelle quantique, elle est très importante ! » Quant au champ magnétique, il peut varier de - 14 à 14 Tesla (pour comparaison, le bouclier terrestre est de l’ordre de 10-5 T).

Après six années de recherche, l’équipe a obtenu des résultats prometteurs. Mais il reste des verrous à lever pour augmenter la température. Quelques paliers à franchir avant que de telles molécules puissent être incorporées à l’ordinateur de demain !