Présentation

Article

1 - COUCHES MINCES ET NANOSTRUCTURES POUR L’ÉLECTRONIQUE DE SPIN

  • 1.1 - Configurations d’équilibre des nanoéléments spintroniques ferromagnétiques
  • 1.2 - Axe facile des nanoéléments spintroniques
  • 1.3 - Dynamique de l’aimantation sous champ
  • 1.4 - Couplages intercouches
  • 1.5 - Utilisation du couplage pour améliorer la réponse magnétique des dispositifs

2 - MAGNÉTORÉSISTANCES ET TRANSPORT POLARISÉ EN SPIN

3 - COUPLE DE TRANSFERT DE SPIN

4 - EFFETS SPIN-ORBITE

5 - CAPTEURS SPINTRONIQUES

6 - MÉMOIRES SPINTRONIQUES

7 - DISPOSITIFS SPINTRONIQUES ÉMERGENTS

  • 7.1 - Oscillateurs à transfert de spin
  • 7.2 - Dispositifs magnoniques
  • 7.3 - Registre à décalage à propagation de parois

8 - CONCLUSION

9 - GLOSSAIRE

10 - SIGLES

Article de référence | Réf : E2135 v2

Capteurs spintroniques
Spintronique - Principes et applications de l’électronique de spin

Auteur(s) : Jean-Philippe ATTANÉ, Manuel BIBES, Laurent VILA

Date de publication : 10 juin 2022

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

Version en anglais 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.

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

ABSTRACT

Spintronics - Principles and applications of spin electronics

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)

  • Jean-Philippe ATTANÉ : Maître de Conférences - Université Grenoble Alpes, CEA, CNRS, Grenoble INP, Spintec, Grenoble, France

  • 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.

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 94% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

KEYWORDS

sensors   |   magnetism   |   spintronics   |   memories

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-e2135


Cet article fait partie de l’offre

Matériaux fonctionnels - Matériaux biosourcés

(205 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Présentation
Version en anglais En anglais

5. Capteurs spintroniques

5.1 Capteurs de champ magnétique

Une des applications phare du magnétisme et de l’électronique de spin sont les capteurs de champ magnétiques . La réduction de taille que permet les empilements de types GMR et TMR les ont rendus avantageux commercialement. Ils sont en effet intégrables facilement et leurs petites tailles permettent d’en produire en grand nombre et donc à faibles coûts.

Les applications vont de la boussole dans les téléphones portables aux capteurs de vitesse de l’automobile, de capteurs de position et de déplacements des systèmes motorisés aux têtes de lecture des disques durs. Leur faible encombrement, et donc leur poids, est un avantage par rapport aux capteurs inductifs que sont les « flux gate », les capteurs à effet Hall ou les SQUIDS (Super Conducting Interference devices). La résistance d’un objet magnétique varie avantageusement avec sa taille, et le fait qu’il est basé sur le champ magnétique plutôt que sur une mesure de flux magnétique permet de le rendre petit sans perdre en sensibilité.

Il existe quatre grandes familles de capteurs magnétiques : à effet Hall extraordinaire, à anisotropie de magnétorésistance, à magnétorésistance géante, et à magnétorésistance tunnel. Leur sensibilité peut atteindre la centaine de picotesla, ce qui les limite encore pour les applications de type diagnostiques cardiaques (typiquement 10 picotesla), en géomagnétisme (1 pT) ou pour l’analyse du cerveau (fT), où les capteurs de flux sont alors préférés. Cela leur ouvre néanmoins le vaste domaine d’applications mentionné ci-dessus.

HAUT DE PAGE

5.2 Capteurs à effet Hall extraordinaire

Les capteurs à effet Hall extraordinaire se basent sur la déflexion dépendante en spin des électrons. Nous avons vu au paragraphe ...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 95% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Matériaux fonctionnels - Matériaux biosourcés

(205 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Capteurs spintroniques
Sommaire
Sommaire

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...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 95% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Matériaux fonctionnels - Matériaux biosourcés

(205 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS