Contrôle électrique de l`aimantation dans des dispositifs

Contrôle électrique de l'aimantation dans des dispositifs pour la Spintronique -
Vers des applications basse consommation
Contact : Helene BEA DSM/INAC/SPINTEC [email protected] 0438780864
Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Résumé :
L'électronique de spin repose sur le contrôle de l'aimantation de couches magnétiques. Les techniques conventionnelles (champ magnétique ou
couple de transfert de spin) nécessitent l'application de forts courants dans les dispositifs, en particulier dans les jonctions tunnel magnétiques (JTM).
Une assistance par champ électrique permet de réduire ces courants d'écriture. Celle-ci est basée sur des variations d'anisotropie magnétique et
dépend fortement de la température de la JTM. Un dispositif peut perdre sa fonctionnalité si la température augmente de 20°C seulement.
Le but de ce stage est l'étude en température de l'assistance électrique à l'écriture d'une JTM type et l'optimisation de la structure afin d'élargir le
fonctionnement du dispositif sur la gamme de température requise par l'application.
L'étudiant(e) réalisera au laboratoire la nanofabrication des JTM et procèdera aux mesures de magnétorésistance tunnel sous champ électrique afin
d'observer et de quantifier l'effet de l'assistance électrique. Elle/il effectuera également une étude en température puis commencera l'optimisation des
structures pour élargir la gamme de température de fonctionnement du dispositif.
Sujet détaillé :
L'électronique de spin repose sur le contrôle de l'aimantation de couches magnétiques. Ainsi, on peut comparer l'orientation de l'aimantation d'une
couche magnétique à celle d'une couche de référence dont l'aimantation est prise fixe. On peut alors coder de l'information : typiquement « 1 » - « 0 »
- lorsque les deux couches ont leurs aimantations parallèles - antiparallèles -. C'est le principe de base d'une jonction tunnel magnétique, brique
élémentaire de l'électronique de spin. Celle ci est constituée de deux couches ferromagnétiques séparées par une barrière isolante très fine (quelques
nm). L'orientation relative des deux couches magnétiques est sondée au moyen de la magnétorésistance tunnel : la résistance est plus faible lorsque
les aimantations sont parallèles que lorsqu'elles sont antiparallèles.
Le contrôle de cette configuration magnétique peut se faire de plusieurs manières, par exemple au moyen d'un champ magnétique ou d'un courant
électrique injecté à travers la jonction. Ces méthodes nécessitent l'application de forts courants et entraînent une forte consommation énergétique.
Il a été montré récemment que l'aimantation pouvait être manipulée par l'application d'une tension aux bornes de la jonction tunnel. Plus précisément,
c'est l'anisotropie, typiquement la barrière d'énergie qui maintient l'aimantation dans une direction donnée, qui peut être modulée par cette tension [1].
Ceci permet de diminuer fortement le champ magnétique ou le courant à appliquer pour l'écriture [2]. Une telle assistance électrique à l'écriture
présente un fort potentiel applicatif.
Cependant, cette assistance électrique ne peut se faire que pour des configurations très précises de l'anisotropie des couches magnétiques
considérées. Celle-ci étant très dépendante de la température, un dispositif fonctionnant à température ambiante, peut perdre sa fonctionnalité si la
température augmente de 20°C. Le but de ce stage sera l'étude en température du contrôle de l'aimantation dans des structures classiques et
l'optimisation de ces structures pour un fonctionnement dans la gamme souhaitée (typiquement -20 à 80°C).
L'étudiant(e) réalisera au laboratoire la structuration des couches et la prise de contact au moyen de lithographie électronique, dépôt métallique et
gravure ionique (salles blanches Plateforme Technologie Amont et Nanofab) suivant des procédés déjà bien établis. Les dépôts des échantillons

seront faits soit au laboratoire, soit par un industriel dans le cadre d'un partenariat déjà établi. L'étudiant(e) procèdera ensuite aux mesures de
magnétorésistance tunnel sous champ électrique afin de d'observer et de quantifier l'effet de l'assistance électrique. Il effectuera également une étude
en température de cette assistance puis commencera l'optimisation des structures pour élargir la gamme de température de fonctionnement du
dispositif. Toutes ces mesures se feront sur des bancs de mesure d'ores et déjà opérationnels.
Pour plus d'informations :
[1] F. Bonell et al., Appl. Phys. Lett., 98, 232510 (2011).
[2] W.G. Wang et al., Nat. Mater., 11, 64 (2012), Y. Shiota et al., Nat. Mater., 11, 39 (2012)
Compétences requises :
méthode et rigueur, notions de magnétisme