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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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Symboles
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6. Glossaire
couple de transfert de spin ; spin transfer torque
Action sur l’aimantation d’un matériau exercée par un courant polarisé en spin qui permet de modifier son orientation.
couple spin orbite ; spin orbit torque
Action sur l’aimantation d’un matériau exercée par un courant de spin qui provient d’un matériau adjacent à fort couplage spin-orbite qui permet de modifier son orientation.
magnétorésistance ; magnetoresistance
Variation de la valeur de la résistance d’un échantillon magnétique lorsqu’il est soumis à un champ magnétique extérieur. Plusieurs types de magnétorésistances existent : anisotrope, géante, tunnel, colossale.
couplage d’échange ferromagnétique ou antiferromagnétique ; ferromagnetic or antiferromagnetic exchange coupling
Couplage entre spins voisins qui induit un alignement parallèle ou antiparallèle de ceux-ci, permettant en se propageant de proche en proche d’obtenir un ordre à longue distance ferromagnétique ou antiferromagnétique par exemple.
température d’ordre ; ordering temperature
Température en dessous de laquelle un matériau peut présenter un ordre à longue portée (ferromagnétique ou antiferromagnétique). Au-dessus de cette température, le matériau devient paramagnétique. Pour un ferromagnétique ou ferrimagnétique, cette température s’appelle température de Curie et pour un antiferromagnétique, température de Néel.
anisotropie magnétique ; magnetic anisotropy
Différence d’énergie entre des configurations magnétiques pour lesquelles l’orientation de l’aimantation est différente. Il existe des anisotropies dues à la forme de l’échantillon, à la structure cristalline, à la présence d’interfaces avec d’autres matériaux, à la contrainte.
superparamagnétisme : superparamagnetism
État de petites particules ferromagnétiques lorsque la barrière énergétique à franchir pour passer d’une orientation facile de l’aimantation à l’autre est proche de l’énergie thermique. Pour un temps de mesure donné, il existe une température de blocage au-dessus de laquelle cet état existe et en dessous de laquelle on retrouve l’ordre ferromagnétique.
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Glossaire
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 :
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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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