Un mouvement de spins d'électrons compatible avec des mémoires magnétiques

Publié par Adrien le 24/12/2020 à 09:00
Source: CNRS INC
Certaines propriétés du spin des électrons peuvent servir à des dispositifs spintroniques et au stockage d'une information magnétique. Parmi elles, le mouvement de précession dans le champ d'un matériau magnétique a déjà été observé, mais avec des faisceaux d'électrons de trop haute énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) pour être compatibles avec l'électronique moderne.


Représentation de la précession du spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque...) (flèches colorées) d'un électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge...) (boules grises) dans le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) moléculaire (flèches pastel) d'un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) ferromagnétique (boules bleues).
© Vautrin et al.

Grâce à un tour de force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) expérimental de chercheurs de l'IJL (CNRS/Université de Lorraine), du SPINTEC (CNRS/CEA/UGA), de l'IPCMS (CNRS/Université de Strasbourg) et de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de Cluj-Napoca (Roumanie), le phénomène a enfin été observé pour des électrons de plus faible énergie. Publiés dans la revue Annalen der Physik, ces travaux ouvrent la voie vers de nouvelles applications en spintronique.

L'intensité et l'orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil...) du magnétisme (Le magnétisme est un phénomène physique, par lequel se manifestent des forces...) d'une particule sont rassemblées dans une grandeur appelée spin, qui peut être transféré d'un électron à une couche magnétique. Ce phénomène, exploité en spintronique, permet l'écriture des informations sur des composants de type Mémoires magnétiques à accès aléatoire (MRAM). En présence d'un champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux...), la direction du spin précesse: un mouvement semblable à celui de l'axe d'une toupie ( Une toupie est un jouet destiné à tourner sur lui-même le plus longtemps possible, en...) qui perd de la vitesse (On distingue :), dont l'axe ne reste plus droit et commence à dessiner des cercles. Des mesures à haute énergie avaient démontré des angles de précession proches de 90°. Ce phénomène n'a jamais été étudié à basse énergie, le domaine utilisé dans les composants électroniques.

Des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) Jean Lamour (IJL, CNRS/Université de Lorraine), du laboratoire Spintronique et technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) des composants (SPINTEC, CNRS/CEA/Université Grenoble Alpes), de l'Institut de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) et chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) de Strasbourg (IPCMS, CNRS/Université de Strasbourg) et de l'université de Cluj-Napoca (Roumanie) ont observé pour la première fois une précession de spin à basse énergie, ouvrant ainsi la voie à son exploitation en électronique.

Pour cela, les chercheurs ont réalisé un véritable laboratoire sur puce, comprenant deux parties principales. D'abord, une jonction tunnel (Un tunnel est une galerie souterraine livrant passage à une voie de communication (chemin de...) magnétique: deux couches magnétiques d'aimantations croisées, ici à base de cobalt (Le Cobalt est un élément chimique, de symbole Co et de numéro atomique 27 et de...), séparées par une couche isolante de quelques nanomètres d'épaisseur. Elle permet une injection (Le mot injection peut avoir plusieurs significations :) à basse énergie, correspondant aux applications spintroniques. Après la précession dans l'une des couches magnétiques, la direction du spin des électrons est analysée en spin, par une vanne de spin, et en énergie, par une diode de Schottky. Ces analyses montrent une précession ultrarapide du spin, 360° sur quelques angströms, rendant possible l'injection d'une orientation de spin contrôlable dans de nombreux composants. Les chercheurs ont à présent démarré une nouvelle thèse (Une thèse (du nom grec thesis, se traduisant par « action de poser ») est...), où ils tenteront de mieux contrôler l'angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts...) de précession et de développer des applications en spintronique.

Référence:
Low-energy spin precession in the molecular field of a magnetic thin film
Christopher Vautrin, Daniel Lacour, Coriolan Tiusan, Yuan Lu, François Montaigne, Mairbek Chshiev, Wolfgang Weber, Michel Hehn Annalen der Physik, 10 décembre 2020.
https://doi.org/10.1002/andp.202000470
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