Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article traite de l’électronique de spin, ou spintronique, basée sur l’utilisation non seulement de la charge de l’électron, comme en électronique, mais également de son spin. D’une part, les caractéristiques électriques d’un dispositif dépendent des états d’aimantation des éléments qui le composent, essentiellement via des effets de magnétorésistance. D’autre part, l’injection de courant dans un dispositif peut permettre de contrôler des propriétés magnétiques telles que la direction d’aimantation, via des effets de transfert de spin. Ces propriétés sont à la base du développement des dispositifs spintroniques, en particulier des mémoires et des capteurs.
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This article deals with spin electronics, or spintronics, which is based not only on the charge of the electron, as in conventional electronics, but also on its spin. On the one hand, the electrical characteristics of a device depend on the magnetization states of its components, mainly via magnetoresistance effects. On the other hand, injecting current into a device allows controlling magnetic properties such as the magnetization direction, via spin transfer effects. These properties are the basis for the development of spintronic devices, in particular memories and sensors.
Auteur(s)
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Jean-Philippe ATTANÉ : Maître de Conférences - Université Grenoble Alpes, CEA, CNRS, Grenoble INP, Spintec, Grenoble, France
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Manuel BIBES : Directeur de Recherche - Unité Mixte de Physique, CNRS, Thales, Université Paris-Saclay, Palaiseau, France
-
Laurent VILA : Ingénieur CEA - Université Grenoble Alpes, CEA, CNRS, Grenoble INP, Spintec, Grenoble, France
INTRODUCTION
Le développement des techniques de dépôt de couches minces et de lithographie a permis de créer des dispositifs électroniques tirant profit non seulement de la charge de l’électron, mais également de son spin, pour obtenir des fonctionnalités nouvelles et supplémentaires. La combinaison dans des structures de dimensions nanométriques de matériaux magnétiques d’une part, et de matériaux métalliques, semi-conducteurs ou isolants d’autre part, a permis l’émergence d’une nouvelle génération de composants ainsi que d’une nouvelle discipline : l’électronique de spin, ou spintronique. Le transport en spin est dépendant de la direction d’aimantation des nanoéléments magnétiques, ce qui génère des effets de magnétorésistance, c’est-à-dire de dépendance de la conductivité avec la direction de l’aimantation et/ou le champ magnétique appliqué. Ces effets permettent notamment de produire des capteurs extrêmement sensibles, en particulier de champ magnétique. De plus, il est possible de développer des dispositifs de stockage ou de manipulation de données, en particulier en exploitant l’état d’aimantation comme variable, et les effets de transfert de spin afin de renverser l’aimantation. Enfin, l’utilisation d’effets spin-orbite permet une manipulation efficace du spin, éventuellement en l’absence de tout élément ferromagnétique.
Dans le présent article, nous présentons les couches minces et les nanostructures utilisées en électronique de spin (§ 1), dans lesquelles apparaissent différents effets : magnétorésistances (§ 2), transfert de spin (§ 3) ou effets spin-orbite (§ 4). Ces effets permettent en particulier de lire et de contrôler l’état d’aimantation, et ainsi de développer des capteurs (§ 5), des mémoires (§ 6) et des dispositifs spintroniques émergents (§ 7).
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire des termes utilisés.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
sensors | magnetism | spintronics | memories
VERSIONS
- Version archivée 1 de nov. 2002 par Michel HEHN, François MONTAIGNE, Alain SCHUHL
DOI (Digital Object Identifier)
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Capteurs spintroniques
En anglais
4. Effets spin-orbite
La GMR et la TMR sont toutes deux basées sur l’injection d’un courant de spin et sur sa détection par des électrodes ferromagnétiques. Depuis les années 2000-2010, il est apparu que la manipulation du spin pouvait se faire non seulement via l’interaction d’échange dans un matériau ferromagnétique, mais également en utilisant le couplage spin-orbite. Ce couplage est un effet d’origine relativiste ; lorsqu’un électron soumis à un champ électrique se déplace à une vitesse quasi relativiste, il apparaît dans le référentiel de l’électron un champ magnétique, qui va agir sur le spin de l’électron via l’interaction Zeeman. Le degré de liberté correspondant à la quantité de mouvement de l’électron, usuellement découplé du spin, devient ici couplé au spin.
De ce fait, l’injection et la détection de spin ne sont plus limitées aux matériaux ferromagnétiques, et en utilisant des matériaux et interfaces à fort couplage spin-orbite, il devient possible de réaliser la conversion de courants de charge en courants de spin, et réciproquement. Cela a été démontré dans divers types de matériaux non ferromagnétiques, comme par exemple les semiconducteurs, les métaux lourds, les isolants topologiques et les interfaces métalliques ou d’oxydes.
4.1 Conversion courant de charge/courant de spin
-
Courants de charge courant de spin
L’interconversion courant de charge/courant de spin par effet spin-orbite met en jeu des courants de charge, donnés dans le volume des matériaux par le vecteur densité de courant usuel (en A.m−2).
-
Dans le modèle à deux courants, les électrons de spin
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et de spin
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correspondent à des conductivités distinctes
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et
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et de spin
correspondent à des conductivités distinctes
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Effets spin-orbite
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SESHAN (K.), SCHEPIS (D.) et al - Handbook of thin film deposition. - William Andrew (2018).
-
(2) - CUI (Z.) - Nanofabrication : principles, capabilities and limits. - Springer (2016).
-
(3) - GUIMARÃES (A.P.), GUIMARAES (A.P.) - Principles of nanomagnetism. - Berlin : Springer (2009).
-
(4) - COEY (J.) - Magnetism and magnetic materials. - Cambridge university press (2010).
-
(5) - DE TERESA (J.M.) et al - Nanofabrication : Nanolithography Techniques and Their Applications. - IOP Publishing (2020).
-
(6) - e. g. PONG (P.W.T.), DENNIS (C.), CASTILLO (A.) et al - Detection of pinholes in magnetic tunnel junctions by magnetic coupling. - Journal of Applied Physics, vol. 103, n° 7, p. 07A902...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
– MRAM :
Everspin
Avalanche
https://www.avalanche-technology.com/
Samsung
Honeywell
https://aerospace.honeywell.com/
– Capteurs magnétiques :
Crocus Technology
http://www.crocus-technology.com/
– SOT-MRAM :
Antaios
– Testeurs MRAM :
Hprobe
HAUT DE PAGE1.2 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
Association Européenne du Magnétisme (European Magnetism Association EMA)
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