Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
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Michel HEHN : Ingénieur de l’Institut national des sciences appliquées, - Chargé de recherche au CNRS, - Laboratoire de physique des matériaux, Nancy
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François MONTAIGNE : Ingénieur de l’École supérieure d’ingénieurs en électrotechnique et électronique, - Maître de conférences à l’Université Henri-Poincaré , - Laboratoire de physique des matériaux, Nancy
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Alain SCHUHL : Professeur à l’Université Henri-Poincaré, - Laboratoire de physique des matériaux, Nancy
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Lire l’articleINTRODUCTION
Ces vingt dernières années, les avancées technologiques dans l’élaboration des couches minces ainsi que la maîtrise des phénomènes de transport électronique dans la matière ont permis des progrès considérables dans la miniaturisation et la diversification des dispositifs électroniques. L’association, au sein d’une structure unique, de matériaux magnétiques d’une part, et de matériaux métalliques, semi-conducteurs ou isolants d’autre part, a permis l’émergence d’une nouvelle génération de composants ainsi que d’une nouvelle discipline : l’électronique de spin. Les dispositifs ainsi réalisés tireront profit du meilleur de chaque matériau pour obtenir des fonctionnalités nouvelles et supplémentaires. Elles dépendront notamment de l’alignement des moments des couches magnétiques du dispositif et donc d’un champ magnétique appliqué. Tout l’enjeu de cette nouvelle discipline consiste à injecter le courant polarisé en spin d’un matériau magnétique vers une électrode collectrice dont la nature dépend de la fonctionnalité souhaitée pour le dispositif.
Dans le présent article, nous nous intéressons aux diverses technologies de magnétorésistance de multicouches hybrides. Nous présentons dans un premier temps le phénomène de magnétorésistance géante (MRG) et de magnétorésistance tunnel (MRT). Puis, nous en donnons des exemples d’applications dans le domaine des capteurs et des mémoires magnétiques non volatiles. Pour finir, nous présentons les extensions de ce domaine de recherche et quelles en sont les applications potentielles.
Le lecteur consultera utilement l’article Physique des dispositifs électroniques Physique des dispositifs électroniques du même traité.
Dans cet article, nous utiliserons les abréviations suivantes :
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MRG : magnétorésistance géante (GMR : Giant Magnetoresistance en anglais) ;
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MRT : magnétorésistance tunnel (TMR : Tunnel Magnetoresistance en anglais).
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VERSIONS
- Version courante de juin 2022 par Jean-Philippe ATTANÉ, Manuel BIBES, Laurent VILA
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Notions liées à l’électronique de spin4. Vers une électronique de spin
Dix ans seulement après sa découverte, la magnétorésistance géante a révolutionné les industries des capteurs et des mémoires magnétiques de masse avec la mise sur le marché de capteurs plus sensibles, de disques durs d’ordinateur de plus haute densité. Le prochain marché qui sera bouleversé est sans nul doute celui des mémoires magnétiques non volatiles avec des commercialisations prévues avant 2005 sur la base de jonctions tunnel magnétiques. Les enjeux économiques du développement d’une électronique de spin ont motivé des recherches pour la mise au point d’autres composants, comme par exemple les transistors de spin .
Le principe de variation de leurs caractéristiques sous champ magnétique reste basé sur la polarisation et l’analyse des deux courants de spin. Cependant, leur structure est plus complexe avec, au sein d’un composant unique, l’association de plusieurs jonctions tunnel, de plusieurs capteurs MRG ou même des associations hybrides jonction tunnel/capteur MRG. Leur fonctionnement repose souvent sur des applications de la mécanique quantique rendues possibles par la qualité des matériaux synthétisés.
La valeur ajoutée de cette nouvelle génération de transistors repose sur le « réglage » des différents courants traversant le transistor à l’aide de la configuration magnétique des couches qui le composent. Ainsi le gain est contrôlable mais aussi et surtout programmable et non volatil. Ces transistors pourraient alors être utilisés pour la réalisation de circuits logiques programmables à haute densité. De plus, dans les structures ne contenant pas de matériaux semi-conducteurs dans la partie active, on s’affranchit de la recombinaison électrons-trous ce qui permet d’envisager des applications à hautes fréquences et l’on repousse à une dizaine de nanomètres la taille latérale du dispositif à partir de laquelle la quantification latérale des niveaux d’énergie des électrons apparaît.
4.1 Transistor basé sur la magnétorésistance géante
Historiquement, le premier composant hybride à électronique de spin a été réalisé à l’Université de Twente [21]...
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Vers une électronique de spin
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - CRAIK (D.) - Magnetism : principles and applications (Magnétisme : principes et applications). - John Wiley & Sons Ltd (1995).
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(2) - SCHRAG (B.D.), ANGUELOUCH (A.), INGVARSSON (S.), XIAO (G.), LU (Y.), TROUILLOUD (L.), GUPTA (A.), WANNER (R.A.), GALLAGHER (W.J.), RICE (P.M.), PARKIN (S.S.P.) - Néel « orange-peel » coupling in magnetic tunneling junction devices. - Applied Physics Letters no 77, p. 2373 à 2375 (2000).
-
(3) - MCCARTNEY (M.R.), DUNIN-BORKOWSKI (R.E.), SCHEINFEIN (M.R.), SMITH (D.J.), GIDER (S.), PARKIN (S.S.P.) - Origin of magnetization decay in spin-dependent tunnel junctions. - Science no 286, p. 1337 à 1339 (1999).
-
(4) - GRUNBERG (P.), SCHREIBER (R.), PANG (Y.), BRODSKY (M.B.), SOWERS (H.) - Layered magnetic structures : Evidence for antiferromagnetic coupling of Fe layers across Cr interlayers. - Physical Review Letters no 57, p. 2442 à 2445 (1986).
-
(5) - BERKOWITZ (A.E.), TAKANO (K.) - Exchange anisotropy - a review. - Journal of Magnetism and Magnetic Materials no 200, p. 552 à 570...
1.1 MEL-ARI Nanoelectronics roadmap
Informations et projets de recherche européens http://www.cordis.lu/esprit/src/melari.htm
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