• Électronique et optique du futur › Nanomagnétisme et oxydes : spintronique, matériaux multiferroïques et nouveaux capteurs magnétiques
• UMR 3680 - Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC) • Service de Physique et Chimie des Surfaces et des Interfaces
• pas de titre • Laboratoire Nano-Magnétisme et Oxydes (LNO) • Laboratoire des Interfaces et Surfaces d'oxydes (LISO)
Alber Fert et Peter Grünberg, prix Nobel 2007 pour la découverte de la magnétorésistance géante (GMR).
De nombreux travaux sont réalisés à l'IRAMIS dans le domaine de la spintronique, spécialité récemment mise à l'honneur avec le Prix Nobel décerné à Albert Fert (Dir. scientifique de l’UMR CNRS/Thales - Université Paris-Sud 11) et Peter Grünberg (Centre de recherches de Jülich, Allemagne).
Depuis plus de quinze ans, des collaborations croisées entre les chercheurs de l'IRAMIS (CEA), de l’Institut d’Electronique Fondamentale (CNRS), du Laboratoire de Physique des Solides (CNRS) et de l’unité mixte CNRS-Thales ont tissé de nombreux liens. Ainsi, en 1997, une collaboration entre l’unité d’Albert Fert et des chercheurs du CEA produisait un record mondial de magnétorésistance tunnel (TMR) dans des matériaux demi-métalliques. D’autres collaborations ont suivi… et aujourd'hui elles portent par exemple sur :
(Voir aussi la page thématique : "Nanomagnétisme et spintronique")
Les matériaux « multiferroïques » (comme l’oxyde de bismuth et de fer : BiFeO3) se définissent par le cumul de propriétés électriques et magnétiques habituellement disjointes [2]. En couplant ces propriétés dans des multicouches ultra-minces, il est possible de contrôler un état magnétique grâce à un champ électrique et non plus seulement grâce à un courant. C’est une avancée décisive parce qu’à la différence d’un courant, un champ électrique (en pratique, une tension électrique) ne provoque aucun échauffement. Ces matériaux pourraient être utilisés avantageusement dans des mémoires MRAM, non volatiles et peu gourmandes en énergie.
Si on applique un courant extrêmement fort à un "mille-feuilles" de GMR (Giant Magneto-Resistance), on observe un effet de rotation (ou « précession ») de l’aimantation à l’intérieur des couches magnétiques. Il en résulte une émission d’ondes hyperfréquences de qualité remarquable : un effet découvert il y a deux ans.
Dispositif expérimental de croissance de couches minces par MBE (Molecular Beam Epitaxy) du SPCSI. Insert, (haut) : Image par microscopie électronique à transmission d'un empilement de 3 couches (Co / γ-Al2O3 / CoFe2O4 sur α-Al2O3 ; (bas) : courbe typique de magnétorésistance tunnel (résistance en fonction du champ magnétique appliqué).
Ana Ramos, Jean-Baptiste Moussy
Comment obtenir un courant dont tous les électrons ont les spins alignés? Une méthode consiste à utiliser une barrière tunnel magnétique pour sélectionner les électrons ayant la même orientation de spin : c’est le concept de « filtrage de spin ». Etant donné le caractère magnétique de la barrière tunnel, les électrons sont transmis différemment selon leur spin. Pour mesurer l'efficacité du filtrage de spin obtenu, une méthode consiste à redéposer une couche magnétique sur la barrière tunnel magnétique et à effectuer une mesure de magnéto-résistance tunnel (TMR) au sein de la multicouche ainsi constituée. Selon le champ magnétique appliqué, la configuration des aimantations des deux couches magnétiques est modifiée, ce qui permet de choisir l'orientation des spins sélectionnés.
Une équipe du CEA (A. Ramos, M.-J. Guittet, J.-B. Moussy) est spécialisée dans la croissance de couches minces et de multicouches de matériaux ferromagnétiques particulièrement performants, comme les oxydes à base de fer et de cobalt. Les caractérisations structurale, chimique et magnétique de ces multicouches sont effectuées au laboratoire, à Saclay. A partir de ces systèmes, les structures adaptées à la mesure du filtrage de spin sont réalisées par lithographie optique par l’équipe d’Albert Fert. Les mesures de magnétorésistance tunnel, qui permettent la mise en évidence de l’effet recherché, sont également effectuées à Palaiseau en tandem avec des chercheurs des deux laboratoires.