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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)
-
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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Applications des ferromagnétiques
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2. Ferromagnétisme de nanostructures
2.1 Énergie en milieu continu
La description des propriétés magnétiques des nanostructures s’appuie sur l’approximation des milieux continus. On laisse de côté la nature discrète et quantique des moments magnétiques et on décrit l’ensemble des moments magnétiques par une fonction continue dans l’espace qu’on appelle aimantation M. Il s’agit d’un vecteur qui mesure le moment magnétique par unité de volume, elle s’exprime en A.m−1. De manière générale, l’aimantation d’un système ferromagnétique dépend à la fois de l’espace et du temps M(r, t), mais reste un vecteur à norme constante :
avec :
- Ms :
- aimantation spontanée à une température donnée,
- m(r, t) :
- vecteur unitaire
![]()
.
.Pour savoir comment l’aimantation se développe dans un échantillon, il faut tenir compte de toutes les interactions qui peuvent se manifester et qui sont regroupées dans la fonctionnelle de l’énergie libre E(M) de densité volumique ε(M) :
avec :
- V :
- volume de l'échantillon.
La première interaction à considérer est l’interaction d’échange responsable de l’ordre ferromagnétique. Lorsque l’interaction d’échange est isotrope, la forme intégrale de l’énergie d’échange est :
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Ferromagnétisme de nanostructures
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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