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Présentation
En anglais
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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Conclusion
En anglais
4. Utilisation des ferromagnétiques pour la spintronique
La manière classique de manipuler l’aimantation d’un système ferromagnétique s’appuie sur l’application d’un champ magnétique externe combiné à la variation éventuelle de la température. Plus récemment, l’interaction entre un courant électrique polarisé en spin (composé d’électrons avec un nombre différent de spins vers le haut et de spins vers le bas) et l’aimantation s’est avérée être tout aussi efficace dans le contrôle de l’état magnétique. D’un côté, l’aimantation agit sur les électrons de conduction avec un impact direct sur la résistance du système ; il s’agit des phénomènes de magnétorésistance [E 2 135] qui servent à la détection de l’état magnétique. D’un autre côté, l’effet réciproque se manifeste aussi ; les électrons de conduction agissent sur l’aimantation via des couples qui font que l’aimantation subit des modifications telles qu’un renversement de son orientation ou une précession entretenue. L’interaction mutuelle entre le courant polarisé en spin et l’aimantation est à la base de nombreuses applications en spintronique, ou électronique de spin qui tirent parti non seulement de la charge de l’électron, mais également de son spin.
D’autres méthodes d’écriture de l’aimantation sont également décrites ici. L’interaction spin-orbite qui intervient dans des structures de type métal lourd/ferromagnétique 3d/oxyde permet par injection d’un courant dans le métal lourd de modifier l’aimantation de la couche ferromagnétique. Il est également possible de changer les propriétés magnétiques par l’application d’une tension électrique, et donc avec une très faible consommation électrique. Enfin, des méthodes optiques pour contrôler l’aimantation sont également développées, basées sur l’interaction de l’aimantation et d’un faisceau de lumière polarisée circulairement.
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Utilisation des ferromagnétiques pour la spintronique
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).
-
(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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