Des chercheurs conçoivent un transistor capable de trier les électrons selon leur spin
En empilant quelques couches atomiques de graphène et d’un matériau magnétique, des scientifiques ont conçu un transistor capable de filtrer le spin des électrons avec une efficacité inédite, doublement modulable grâce à deux simples tensions électriques. Publiés le 7 juillet 2026 dans la revue ACS Nano sous le titre « Electrical Control and High-Bias Enhancement of Magnetoresistance in van der Waals Antiferromagnetic Spin-Filter Tunnel Field-Effect Transistor », ces résultats ouvrent la voie à des mémoires, des capteurs et des circuits logiques plus rapides et moins gourmands en énergie.
Piloter le spin des électrons (cette propriété quantique à la base de la spintronique) avec autant de facilité qu’un transistor classique qui contrôle un courant électrique est un grand défi de l’électronique de demain. L’objectif est de concevoir des mémoires et des circuits logiques à la fois plus rapides et plus économes en énergie.
Une équipe internationale de chercheurs, menée par l’IPCMS (UMR7504/Université de Strasbourg), et réunissant l’ICN2 (Institut catalan de Nanoscience et de Nanotechnologie), l’ICREA’ (l’Institut des Sciences et des Technologies de Barcelone), le MANA-NIMS (Centre de recherche sur les nanoarchitectures de matériaux de Tsukuba), et l’UCT-Prague, le Centre de recherche sur les nanoarchitectures de matériaux de Tsukuba, l’Université de Chimie et Technologie de Prague, ainsi que la startup Apeiron Intelligence, vient de démontrer un nouveau type de composant : un « transistor tunnel à filtrage de spin ».
Concrètement, ce dispositif est construit en empilant seulement quelques couches atomiques de matériaux bidimensionnels : deux électrodes de graphène encadrent une couche mince d’un semiconducteur antiferromagnétique, le CrSBr, qui agit comme un filtre à spin. Cet assemblage, appelé hétérostructure van der Waals, permet de rassembler sur quelques nanomètres à peine des propriétés qu’il est impossible de combiner dans les matériaux traditionnels.
Les chercheurs montrent que ce composant dispose de deux « leviers » électriques indépendants pour ajuster le filtrage du spin. Le premier est la tension appliquée entre les électrodes : elle modifie la forme de la barrière tunnel que les électrons doivent franchir, et permet ainsi de faire passer l’efficacité du filtrage de quelques pourcents à plusieurs milliers de pourcents. Le second est la tension de grille, comme dans un transistor classique, qui vient affiner encore davantage ce contrôle du signal lié au spin.
Pour étayer ces résultats, l’équipe a mobilisé deux outils théoriques complémentaires. D’un côté, des calculs issus des premiers principes de la mécanique quantique reproduisent la structure électronique du matériau et confirment son rôle de filtre à spin. De l’autre, un modèle de transport électronique rend compte, avec précision, de la façon dont le filtrage s’intensifie lorsque la tension augmente, un comportement inhabituel qui distingue ce dispositif des jonctions tunnel classiques.
Ces résultats ouvrent la voie à des circuits spintroniques entièrement pilotables par tension électrique, où une même architecture pourrait, selon les tensions appliquées, se transformer tour à tour en mémoire, en capteur magnétique ou en porte logique. Plus largement, ce travail illustre le potentiel des matériaux 2D magnétiques pour bâtir la prochaine génération de composants spintroniques, rapides et peu gourmands en énergie.
Co-auteurs : Gaurab SamantaNeeraj K. Rajak*Dorye L. Esteras, Paul NoëlFedor LipilinMohamed SolimanIva PlutnarováTakashi TaniguchiKenji WatanabeJérôme RobertArnaud GloppeZdenek SoferJose H. GarciaStephan RocheJean-Francois Dayen*
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