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RÉSUMÉ
Les matériaux magnétiques ont par le passé révolutionné le stockage de l’information par l’intermédiaire des disques durs magnétiques. L’intérêt pour les matériaux magnétiques continue de croître, notamment à cause de la miniaturisation des dispositifs et de la quête des composants non volatils, robustes, compacts et économes en énergie. Dans cet article, les concepts de base des matériaux magnétiques sont passés en revue, de l’état massif aux nanostructures. Les propriétés statiques et dynamiques sont dressées, les mécanismes non conventionnels pour manipuler l’aimantation, tels que l’application d’un fort courant, sont explicités et le potentiel applicatif est indiqué.
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Magnetic materials changed data storage forever with the extensive use of magnetic hard disks. Interest in magnetic materials has gobe unabated, both for device downscaling and in the race for non-volatile, robust, compact, low power devices. In this article, the basic concepts of magnetic materials are reviewed, from bulk samples to nanostructures. Static and dynamic properties are addressed. Unconventional mechanisms to control magnetization, such as heavy current flow, are explained, and applicative potential is emphasized.
Auteur(s)
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Hélène BEA : Enseignante-chercheuse - Université Grenoble Alpes, CEA, CNRS, - Grenoble INP (Institute of Engineering Univ. Grenoble Alpes), INAC-SPINTEC, - Grenoble, France
-
Liliana D. BUDA-PREJBEANU : Enseignante-chercheuse - Université Grenoble Alpes, CEA, CNRS, - Grenoble INP (Institute of Engineering Univ. Grenoble Alpes), INAC-SPINTEC, - Grenoble, France
INTRODUCTION
Les matériaux magnétiques suscitent depuis longtemps un fort intérêt de par leurs multiples applications. À l’origine, les matériaux ferromagnétiques ont été utilisés principalement en électrotechnique en tant que source de champ magnétique ou comme élément de base des machines et dispositifs électriques (transformateurs, moteurs, composants inductifs pour l’électronique). Cependant, la conception de disques durs magnétiques a révolutionné le monde du stockage des données et orienté la recherche vers des systèmes magnétiques de plus en plus petits. Les propriétés des matériaux magnétiques sont intimement liées à leur taille. Les effets dus aux phénomènes d’interface et à l’association de divers matériaux permettent de modifier de manière importante le comportement magnétique de nanostructures.
Cet article insiste sur le rôle du confinement latéral et des interfaces avec d’autres matériaux sur les propriétés des systèmes ferromagnétiques. Il présente également leurs exploitations dans diverses applications allant de la technologie de l’information aux biotechnologies. La nanostructuration a permis également la mise en évidence de l’interaction mutuelle entre l’aimantation et le spin des électrons de conduction. Cette interaction est la base des phénomènes dits spintroniques qui ont rendu possible le contrôle de l’aimantation autrement que par l’intermédiaire d’un champ magnétique. Diverses manières non conventionnelles de manipuler l’aimantation sont présentées en s’appuyant sur l’équation de mouvement de l’aimantation.
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des symboles utilisés.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
magnetization | spin-transfert torque | dynamics
VERSIONS
- Version archivée 1 de juin 1989 par Jean-Louis PORTESEIL
- Version archivée 2 de févr. 1998 par Jean-Pierre NOZIÈRES
DOI (Digital Object Identifier)
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Utilisation des ferromagnétiques pour la spintronique
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3. Applications des ferromagnétiques
3.1 Aimants permanents – Circuits magnétiques
Deux grands types de matériaux ferromagnétiques peuvent être distingués : les ferromagnétiques durs et les ferromagnétiques doux. Les ferromagnétiques durs présentent des cycles d’hystérèse très ouverts, avec un fort champ coercitif et une forte rémanence. Les ferromagnétiques doux ont au contraire un cycle d’hystérèse peu ouvert avec un faible champ coercitif.
Les applications de ces deux types de matériaux ferromagnétiques sont très différentes . Les matériaux ferromagnétiques doux sont utilisés dans les circuits magnétiques. En effet, ils vont guider les lignes de champ magnétique, par exemple, dans les transformateurs ou dans les électroaimants. Ils sont alors entourés de bobinages. Pour ces utilisations, on cherche à obtenir le moins de pertes d’énergie lors des retournements d’aimantation, et donc des cycles d’hystérèse les plus fermés possible. Ces matériaux sont soit des alliages de Fe, Co, Ni dopés avec du Mg ou Si, soit des ferrites. Leur structure peut être amorphe afin de minimiser les anisotropies dues à la cristallinité (§ 2.1). Ces matériaux doux sont également utiles pour la réalisation des blindages contre la radiation électromagnétique ou les champs magnétiques indésirables.
Les matériaux ferromagnétiques durs sont utilisés comme aimants permanents, car leur aimantation est très difficile à modifier. C'est le cas typiquement des alliages métalliques NdFeB et SmCo ou des hexaferrites.
Lorsque leur...
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Applications des ferromagnétiques
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DU TREMOLET DE LACHEISSERIE (E.) - Magnétisme-Fondements. - EDP Sciences (1999).
-
(2) - OHNO (H.) - Making Semiconductors Ferromagnetic. - Science, 281, p 951 (1998).
-
(3) - JUNGWIRTH (T.), SINOVA (J.), MAŠEK (J.), KUČERA (J.), MACDONALD (A.H.) - Theory of ferromagnetic (III, Mn)V semiconductors. - Rev. Mod. Phys. 78, 809 (2006).
-
(4) - GRADMANN (U.) - Magnetism in ultrathin transition metal films. - in K.H.J.Buschow (Ed.), Handbook of magnetic materials, vol 7, Elsevier Science Publishers B.V., North Holland, Ch1, pp 1-96 (1993).
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(5) - THIAVILLE (A.), ROHART (S.), JUÉ (E.), CROS (V.), FERT (A.) - Dynamics of Dzyaloshinskii domain walls in ultrathin magnetic films Europhys. - Lett. 100, 57 002 (2012).
-
(6) - AHARONI (A.) - Introduction...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Journée de la Matière Condensée, Grenoble, 27-31 Août 2018
( https://jmc2018.sciencesconf.org)
Colloque Louis Néel, 14-17 Mai 2019, Toulouse
( https://www.sciencesconf.org/browse/conference/?confid=5388)
HAUT DE PAGE
Plus de 4 500 brevets existent sur les MRAMs, en voici quelques exemples :
-
High speed magneto-resistive random access memory, J.C. Wu, H.L. Stadler, R.R. Katti, US5173873 (1992) ;
-
Magnetic memory with a thermally assisted writing procedure, J.P. Nozières, I.L.Prejbeanu, TW200937415 (2009) ;
-
Magnetic memory device, C. Heide, US6639830 (2003) ;
-
Self-referenced Memory device and method for operating the memory device, S. Bandiera, US2016232958 (2016) Magnetic racetrack memory device, J.P. Moriya, S. Parkin, L. Thomas, US7626844, (2011) ;
-
Non-volatile magnetic memory cell and devices, A. Gupta, R.V. Rajiv, US6034887 (2000).
D’autres...
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