Spintronique et magnéto

Modification du “spin” d’un atome de manganèse par microscope à effet tunnel (© IBM)
L’électronique repose sur une propriété
essentielle de l’électron : sa charge électrique
et le courant qu’elle produit en se déplaçant. La
spintronique - ou électronique de spin - permet
d’exploiter une propriété supplémentaire de
l’électron, son moment magnétique (ou “spin”).
C’est une technologie émergente aux
nombreuses applications dans le domaine du
stockage des données.
Le spin de l’électron est une sorte de minuscule
aimant qui peut s’orienter soit vers le haut, soit
vers le bas (états “up” et “down”). Dans un
matériau aimanté, le déplacement d’un électron
va dépendre fortement de l’orientation du spin
de l’électron par rapport à l’aimantation du
matériau. Les électrons de spin parallèle à
l’aimantation ont un déplacement facilité : le
matériau est dit peu résistant ; à l’inverse, la
résistance du matériau est augmentée pour des
électrons de spin antiparallèle .
spin
up ↑
spin
up ↑
spin
down ↓
spin
down ↓
principe de la magnéto-résistance géante :
en inversant l’aimantation d’une couche (bleu clair) par
le biais d’un champ magnétique externe, on affecte la
circulation des électrons de spin “up” et “down” et donc
la résistance du composant multicouche
Spintronique et
magnéto-résistance
géante
En superposant des couches ultra-minces
de matériaux ferromagnétiques (comme
le Fer ou le Nickel) dont les aimantations
individuelles peuvent être modifiées par
un champ magnétique externe, on crée un
composant dont la résistance varie avec
l’intensité du champ magnétique ambiant
(via l’orientation relative de l’aimantation
des couches) : c’est le principe de la
magnéto-résistance géante, première
application de la spintronique.
La spintronique a de très nombreuses
applications potentielles. Par l’action d’un
courant d’électrons de même spin (un
courant polarisé en spin), on peut
produire un renversement d’aimantation
dans un matériau ferromagnétique. Avec
un microscope à effet tunnel, il est même
possible de modifier le spin d’atomes
individuels ! A terme, la spintronique
permettra de coder et de stocker
l’information de manière beaucoup plus
dense et compacte que l’électronique
traditionnelle.
Découverte indépendamment en 1988 par les physiciens français
Albert Fert et allemand Peter Grünberg, la magnéto-résistance
géante a permis de réaliser un capteur de champ magnétique
ultra-sensible utilisé pour les têtes de lecture des disques
d’ordinateurs. Pour cette découverte, les deux chercheurs
ont reçu le prix Nobel de physique 2007.
Albert Fert :
prix Nobel de physique 2007 pour la
découverte de la magnétorésistance géante