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Tunable, highly spin-polarised materials for spintronics and non-volatile memories

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Des matériaux aux dispositifs

Les mémoires actuelles utilisent des conducteurs ou des semi-conducteurs dopés, dans lesquels sont déplacés des électrons. Une nouvelle technologie, en cours de développement, utilise le transfert du spin des électrons, que l'on peut comparer à une boussole interne.

Technologies industrielles icon Technologies industrielles

Le fait d'intégrer des matériaux magnétiques et amagnétiques dans des dispositifs nanoélectroniques permet d'utiliser le spin et la charge des électrons pour transporter et stocker des informations. L'utilisation du spin dans des dispositifs mémoire est la spintronique. Des scientifiques financés par l'UE explorent de nouveaux matériaux et les connexions associées afin de faire avancer cette nouvelle génération de mémoires. L'élément de connexion est le sujet de la première partie du projet HIGHSPIN («Tunable, highly spin-polarised materials for spintronics and non-volatile memories»), les scientifiques s'intéressant à une diode de spin non locale. Dans une telle diode, le courant circule depuis l'alimentation vers la terre via un matériau ferromagnétique, déposé sur un matériau non magnétique. Ce faisant, il acquiert une polarisation de spin, la majorité des électrons se retrouvant avec un moment magnétique aligné sur la magnétisation du matériau ferromagnétique. Les scientifiques de HIGHSPIN ont fabriqué des diodes de spin non locales avec des canaux en divers matériaux, pour gérer la chute exponentielle des courants de spin. Les métaux se sont avérés plus avantageux de par leur conductivité élevée, qui contribue à réduire le décalage de conductivité qui prévaut dans les dispositifs à spin. Les chercheurs de HIGHSPIN se sont ensuite intéressés à un aspect particulier des parois des domaines dans des nanofils ferromagnétiques. Ces parois sont les limites séparant des zones de matériaux magnétisés avec des alignements différents. Ces parois de domaines magnétiques peuvent être déplacées par des champs magnétiques, mais aussi via des courants à spin polarisé, ce qui apporte une autre technique intéressante pour concevoir des mémoires magnétiques non volatiles. Les scientifiques ont montré qu'il était possible de fabriquer des nanofils magnétiques 3D de grande pureté via une technique de dépôt par faisceau focalisé d'électrons. La croissance de ces nanofils peut suivre un rapport d'aspect élevé (jusqu'à 100) et adopter des formes complexes, comme l'exigent les futurs dispositifs de mémoire spintronique. Enfin, le comportement de commutation magnétique peut être testé directement via l'effet magnéto-optique Kerr. La manipulation de ces parois de domaines magnétiques apporte une nouvelle méthode capable de surmonter les inconvénients des disques durs magnétiques actuels ainsi que des disques à semi-conducteurs (SSD). Le projet HIGHSPIN a notablement progressé dans cette direction avec la démonstration de l'inversion de la magnétisation dans les nanofils suite à la formation ou à la propagation des parois de domaines.

Mots‑clés

Technologies de mémoire, spintronique, matériaux à spin polarisé, mémoires non volatiles, diode de spin non locale

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