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RÉSUMÉ
Les matériaux magnétiques ont par le passé révolutionné le stockage de l’information par l’intermédiaire des disques durs magnétiques. L’intérêt pour les matériaux magnétiques continue de croître, notamment à cause de la miniaturisation des dispositifs et de la quête des composants non volatils, robustes, compacts et économes en énergie. Dans cet article, les concepts de base des matériaux magnétiques sont passés en revue, de l’état massif aux nanostructures. Les propriétés statiques et dynamiques sont dressées, les mécanismes non conventionnels pour manipuler l’aimantation, tels que l’application d’un fort courant, sont explicités et le potentiel applicatif est indiqué.
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Hélène BEA : Enseignante-chercheuse - Université Grenoble Alpes, CEA, CNRS, - Grenoble INP (Institute of Engineering Univ. Grenoble Alpes), INAC-SPINTEC, - Grenoble, France
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Liliana D. BUDA-PREJBEANU : Enseignante-chercheuse - Université Grenoble Alpes, CEA, CNRS, - Grenoble INP (Institute of Engineering Univ. Grenoble Alpes), INAC-SPINTEC, - Grenoble, France
INTRODUCTION
Les matériaux magnétiques suscitent depuis longtemps un fort intérêt de par leurs multiples applications. À l’origine, les matériaux ferromagnétiques ont été utilisés principalement en électrotechnique en tant que source de champ magnétique ou comme élément de base des machines et dispositifs électriques (transformateurs, moteurs, composants inductifs pour l’électronique). Cependant, la conception de disques durs magnétiques a révolutionné le monde du stockage des données et orienté la recherche vers des systèmes magnétiques de plus en plus petits. Les propriétés des matériaux magnétiques sont intimement liées à leur taille. Les effets dus aux phénomènes d’interface et à l’association de divers matériaux permettent de modifier de manière importante le comportement magnétique de nanostructures.
Cet article insiste sur le rôle du confinement latéral et des interfaces avec d’autres matériaux sur les propriétés des systèmes ferromagnétiques. Il présente également leurs exploitations dans diverses applications allant de la technologie de l’information aux biotechnologies. La nanostructuration a permis également la mise en évidence de l’interaction mutuelle entre l’aimantation et le spin des électrons de conduction. Cette interaction est la base des phénomènes dits spintroniques qui ont rendu possible le contrôle de l’aimantation autrement que par l’intermédiaire d’un champ magnétique. Diverses manières non conventionnelles de manipuler l’aimantation sont présentées en s’appuyant sur l’équation de mouvement de l’aimantation.
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- Version archivée 1 de juin 1989 par Jean-Louis PORTESEIL
- Version archivée 2 de févr. 1998 par Jean-Pierre NOZIÈRES
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5. Conclusion
Les matériaux magnétiques ordonnés ont des propriétés contrôlables par divers paramètres. En premier lieu, la compétition entre les interactions internes liées à l’échange et les fluctuations thermiques donne naissance à l’ordre spontané décliné en plusieurs familles de matériaux. Dans le cas de matériaux ferromagnétiques, l'aimantation résultante ressent l’espace comme étant anisotrope à cause de la symétrie du cristal et éventuellement des contraintes ainsi que de la forme du système, on parle des axes faciles ou difficiles. La réaction de l’aimantation lorsqu’un champ magnétique est appliqué dépend de l’orientation relative du champ par rapport aux axes propres du système. La diminution des dimensions du système magnétique à l’échelle nanométrique peut renforcer des interactions d’interfaces et les rendre tout aussi, voire plus importantes, que les effets volumiques. À petite échelle, l’aimantation devient sensible au spin des électrons de conduction lorsqu’un courant électrique est injecté. Une synthèse des diverses voies de manipulation de l’aimantation des nanostructures magnétiques est représentée sur la figure 13. Ces nouvelles manières de manipulation de l’aimantation ont permis d’imaginer des nombreux dispositifs spintroniques avec un fort potentiel applicatif. La méthode par champ magnétique est la plus directe et la plus ancienne. La méthode par courant, plus récente, est déjà bien maîtrisée et utilisée dans les STT-MRAMs. L’assistance par une tension est encore beaucoup étudiée et des développements sont encore nécessaires pour mieux comprendre les mécanismes microscopiques à l’origine de ces effets. Enfin l’écriture tout-optique est également une voie actuellement étudiée.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - DU TREMOLET DE LACHEISSERIE (E.) - Magnétisme-Fondements. - EDP Sciences (1999).
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(2) - OHNO (H.) - Making Semiconductors Ferromagnetic. - Science, 281, p 951 (1998).
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(4) - GRADMANN (U.) - Magnetism in ultrathin transition metal films. - in K.H.J.Buschow (Ed.), Handbook of magnetic materials, vol 7, Elsevier Science Publishers B.V., North Holland, Ch1, pp 1-96 (1993).
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(6) - AHARONI (A.) - Introduction...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Journée de la Matière Condensée, Grenoble, 27-31 Août 2018
( https://jmc2018.sciencesconf.org)
Colloque Louis Néel, 14-17 Mai 2019, Toulouse
( https://www.sciencesconf.org/browse/conference/?confid=5388)
HAUT DE PAGE
Plus de 4 500 brevets existent sur les MRAMs, en voici quelques exemples :
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High speed magneto-resistive random access memory, J.C. Wu, H.L. Stadler, R.R. Katti, US5173873 (1992) ;
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Magnetic memory with a thermally assisted writing procedure, J.P. Nozières, I.L.Prejbeanu, TW200937415 (2009) ;
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Magnetic memory device, C. Heide, US6639830 (2003) ;
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Self-referenced Memory device and method for operating the memory device, S. Bandiera, US2016232958 (2016) Magnetic racetrack memory device, J.P. Moriya, S. Parkin, L. Thomas, US7626844, (2011) ;
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Non-volatile magnetic memory cell and devices, A. Gupta, R.V. Rajiv, US6034887 (2000).
D’autres...
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