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Nouveaux composants spintroniques à base de matériaux antiferromagnétiques
Théophile Chirac
SPEC/LNO
Tue, Dec. 17th 2019, 14:00-18:00
Amphi. Bloch, Bât. 774, Orme des Merisiers, CEA-Saclay

Les mémoires magnétiques actuelles commencent à atteindre leurs limites physiques en terme de stabilité, vitesse et consommation énergétique, alors que la course à la miniaturisation s'intensifie. Le champ émergeant de la spintronique étudie le comportement collectif des spins dans la matière ainsi que leurs interactions aux interfaces, afin de trouver une solution en termes de matériaux, architectures et sources excitatrices. En particulier, les matériaux antiferromagnétiques sont particulièrement prometteurs. Ces matériaux ordonnées sont abondants, naturellement stables, robustes, ultra rapides et compatibles avec l'électronique des isolants. En effet, la plupart des oxydes à base de métaux de transition sont des isolants antiferromagnétiques ayant leur fréquence de résonance dans le terahertz et un champ de flop de quelques dizaines de teslas. Ils peuvent aussi être semi-métalliques, métalliques, semiconducteurs, supraconducteurs ou multiferroïques.

Cette thèse s'intéresse aux deux antiferromagnétiques: oxyde de nickel (NiO) et ferrite de bismuth (BiFeO3). NiO est un antiferromagnétique type à température ambiante, avec une structure cristalline simple.

Une étude basée sur des simulations dynamiques atomiques montre que des courants de spin atteignables peuvent réaliser une mémoire à trois états avec ce composé, avec un temps de réponse de l'ordre de la picoseconde. La simulation explique aussi la formation de structures chirales dans BiFeO3, un antiferromagnétique également  ferroélectrique, présentant un couplage magnétoélectrique entre ses deux ordres.

Dans une deuxième partie, les domaines antiferromagnétiques dans BiFeO3 sont observés expérimentalement par génération de seconde harmonique optique, avec une résolution spatiale de un micron. Les domaines antiferromagnétiques de BiFeO3 sont ensuite excités par une impulsion laser intense, et la dynamique des deux ordres couplés (antiferromagnétisme et ferroélectricité) est étudiée dans le régime picoseconde.

Enfin, l'injection d'impulsions de spins dans dans un antiferromagnétique, tel que BiFeO3 ou NiO est envisagée en utilisant la génération de courant de spin induite par la désaimantation ultrarapide de couches adjacentes magnétiques par des impulsions laser.


Contact : Michel VIRET

 

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