Une avancée majeure pour l’électronique de spin

Par Gaëlle Degrez / Publié le 20 juin 2014

Une collaboration impliquant des physiciens de différents laboratoires de l’Université Paris-Sud a permis de réaliser une avancée majeure dans le domaine très prometteur de l’électronique de spin.


Piégeage d'une paroi magnétique dans une piste ferromagnétique ultramince de 1nm d'épaisseur. © CNRS/UPSud/ENS Cachan

Des physiciens du Laboratoire Aimé Cotton - LAC (CNRS / UPSud/ ENS Cachan) et du Laboratoire de photonique quantique et moléculaire - LPQM (CNRS / ENS Cachan), dans une collaboration avec l’Institut d’Electronique Fondamentale – IEF (UPSud/CNRS) et le Laboratoire de Physique des Solides – LPS (UPSud/CNRS), viennent de réaliser une avancée majeure dans le domaine de l’électronique de spin [1].

Leurs travaux viennent d’être publiés dans la revue Science. En utilisant la remarquable sensibilité au champ magnétique et la résolution spatiale d’un microscope basé sur le centre coloré d’un nano-diamant, les chercheurs ont réalisé la prouesse de contrôler des sauts nanométriques d’une paroi de domaine.

La perspective de nouveaux composants

Un aspect innovant dans le domaine de l’électronique de spin consiste à manipuler des éléments ou états magnétiques avec des courants polarisés en spin pour en faire de nouveaux composants où la consommation d’énergie serait fortement réduite par rapport à l’électronique CMOS conventionnelle.

Un exemple prometteur est la manipulation de parois magnétiques qui sont des zones où l’aimantation varie très fortement sur une échelle de quelques nanomètres. L’application d’impulsions de courant permet de propager les parois d’une position stable à une autre dans une piste nanostructurée, ce qui permet d’envisager à terme de fabriquer des mémoires d’ultra haute densité ou des dispositifs logiques.

Cependant, par leur dimension nanométrique, les parois magnétiques sont fortement sensibles aux dispersions locales des propriétés magnétiques, induisant des phénomènes aléatoires de piégeage. Une analogie rendant compte de ce phénomène est la propagation d’un élastique tenu par ses deux bouts sur une surface rugueuse.

Les physiciens ont réussi la prouesse de visualiser le piégeage d’une paroi magnétique dans une piste ferromagnétique ultramince de 1 nm d’épaisseur. La technique de mesure est fondée sur le centre coloré unique d’un nano-diamant de 50 nm fixé au bout de la pointe d’un microscope à force atomique qui est déplacé quelques dizaines de nanomètres au dessus de la surface du film.

L’analyse de la fluorescence du centre coloré lorsqu’elle est excitée par un champ radiofréquence résonant permet de cartographier le magnétisme du film avec une très grande sensibilité en champ magnétique, révélant des mécanismes très subtils. Les chercheurs ont notamment observé des sauts (dits de Barkhausen) thermiquement activés d’une paroi magnétique entre deux défauts séparés par une distance de 50 nm.

En tirant bénéfice du faisceau laser vert focalisé sur le nano-diamant, les chercheurs ont aussi démontré la possibilité de contrôler par effet thermique la propagation de paroi magnétique le long de la piste et accéder en particulier à la densité des sites de piégeage.

Ce travail publié aujourd’hui dans la revue Science, démontre le potentiel de la microscopie à centre coloré pour étudier des nano-objets magnétiques dans des milieux complexes et ouvre la porte à de nouveaux composants basés sur la propagation de parois assistée par un faisceau laser.

Références : Nanoscale imaging and control of domain-wall hopping with a nitrogen-vacancy center microscope
Science vol. 334, pp. 1366-1369 (2014)
http://www.sciencemag.org/content/344/6190/1366.abstract

J.-P. Tetienne, T. Hingant,, J.-V. Kim, L. Herrera Diez, J.-P. Adam, K. Garcia, J.-F. Roch, S. Rohart, A. Thiaville, D.Ravelosona, V. Jacques

1. La spintronique – ou électronique de spin – permet d’exploiter une propriété supplémentaire de l’électron, son moment magnétique (ou « spin ») ce qui en fait une technologie émergente aux nombreuses applications dans le domaine du stockage des données.

Dernière modification le 23 juin 2014