Spintronique: l'absorption de spin désormais mieux comprise

Publié par Adrien le 21/04/2021 à 09:00
Source: CEA

(c) sakkmesterke
Grâce à un dispositif expérimental original, des chercheurs du CEA-Irig précisent pour la première fois comment la réponse d'un courant de spin à la perturbation apportée par un matériau ferromagnétique dépend de l'orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil...) du spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque...) majoritaire par rapport à l'aimantation du matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...). Un point (Graphie) fondamental pour comprendre le transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus...) de spin dans les composants spintroniques !

La spintronique exploite des courants de spin, c'est-à-dire des courants d'électrons dont une majorité possède un spin identique et une minorité, un spin orienté dans la direction opposée. Ces courants de spin sont souvent produits ou sondés grâce à des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) ferromagnétiques dont l'aimantation impose la direction du spin majoritaire. Or, un peu comme un courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge...) classique peut être absorbé de manière indésirable (via des courants de fuite), un courant de spin peut voir sa majorité de spin diminuer sous l'effet d'une "absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise...) de spin".

Des chercheurs ont voulu savoir si l'absorption de spin à proximité d'un élément ferromagnétique dépend de l'orientation du spin par rapport à l'aimantation du matériau.

Pour cela, ils ont fabriqué par lithographie électronique un dispositif permettant de bien séparer courant de charges et courant de spin et d'accéder à des mesures très sensibles d'états magnétiques microscopiques. Dans leur "vanne de spin latérale", un courant de spin est créé dans un fil de cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre...), grâce à une première électrode ferromagnétique (en Co, CoFe ou NiFe), disposée perpendiculairement par rapport au fil (au-dessus de lui) puis, après s'être propagé sur quelques centaines de nanomètres, il est sondé grâce à une 2e électrode, en tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) point identique à la première.

Ce dispositif permet de mesurer l'absorption de spin bien connue, dans le cas classique où le spin majoritaire est parallèle à la direction de l'aimantation du matériau ferromagnétique qui le sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des...).


Dans un autre dispositif fabriqué à l'identique, les physiciens ont introduit, à mi-distance entre les électrodes, un nanodisque ferromagnétique dont l'aimantation est perpendiculaire (En géométrie plane, on dit que deux droites sont perpendiculaires quand elles se coupent en...) à celle des électrodes (et donc du spin majoritaire du courant de spin). Ce 2e dispositif permet donc, cette fois, de mesurer l'absorption de spin dans le cas inhabituel où le spin majoritaire est perpendiculaire à l'aimantation du matériau ferromagnétique qui le perturbe.

Pour la première fois, les chercheurs montrent que l'absorption de spin dépend beaucoup de l'orientation du spin majoritaire par rapport à l'aimantation du matériau et précisent quantitativement les valeurs pour les deux géométries différentes (spin parallèle ou perpendiculaire). Ils déterminent ainsi la "conductance de mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses...) de spin", un paramètre (Un paramètre est au sens large un élément d'information à prendre en compte...) difficilement accessible mais fondamental, du transport de spin.

Ces travaux ont été réalisés en collaboration avec l'Unité mixte de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) CNRS/Thales (Palaiseau).

Références:
Measurement of the spin absorption anisotropy in lateral spin valves. Physical Review Letters
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