Article

1 - COUCHES MINCES ET NANOSTRUCTURES POUR L’ÉLECTRONIQUE DE SPIN

  • 1.1 - Configurations d’équilibre des nanoéléments spintroniques ferromagnétiques
  • 1.2 - Axe facile des nanoéléments spintroniques
  • 1.3 - Dynamique de l’aimantation sous champ
  • 1.4 - Couplages intercouches
  • 1.5 - Utilisation du couplage pour améliorer la réponse magnétique des dispositifs

2 - MAGNÉTORÉSISTANCES ET TRANSPORT POLARISÉ EN SPIN

3 - COUPLE DE TRANSFERT DE SPIN

4 - EFFETS SPIN-ORBITE

5 - CAPTEURS SPINTRONIQUES

6 - MÉMOIRES SPINTRONIQUES

7 - DISPOSITIFS SPINTRONIQUES ÉMERGENTS

  • 7.1 - Oscillateurs à transfert de spin
  • 7.2 - Dispositifs magnoniques
  • 7.3 - Registre à décalage à propagation de parois

8 - CONCLUSION

9 - GLOSSAIRE

10 - SIGLES

Article de référence | Réf : E2135 v2

Spintronique - Principes et applications de l’électronique de spin

Auteur(s) : Jean-Philippe ATTANÉ, Manuel BIBES, Laurent VILA

Date de publication : 10 juin 2022

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Sommaire

Présentation

RÉSUMÉ

Cet article traite de l’électronique de spin, ou spintronique, basée sur l’utilisation non seulement de la charge de l’électron, comme en électronique, mais également de son spin. D’une part, les caractéristiques électriques d’un dispositif dépendent des états d’aimantation des éléments qui le composent, essentiellement via des effets de magnétorésistance. D’autre part, l’injection de courant dans un dispositif peut permettre de contrôler des propriétés magnétiques telles que la direction d’aimantation, via des effets de transfert de spin. Ces propriétés sont à la base du développement des dispositifs spintroniques, en particulier des mémoires et des capteurs.

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ABSTRACT

Spintronics - Principles and applications of spin electronics

This article deals with spin electronics, or spintronics, which is based not only on the charge of the electron, as in conventional electronics, but also on its spin. On the one hand, the electrical characteristics of a device depend on the magnetization states of its components, mainly via magnetoresistance effects. On the other hand, injecting current into a device allows controlling magnetic properties such as the magnetization direction, via spin transfer effects. These properties are the basis for the development of spintronic devices, in particular memories and sensors.

Auteur(s)

  • Jean-Philippe ATTANÉ : Maître de Conférences - Université Grenoble Alpes, CEA, CNRS, Grenoble INP, Spintec, Grenoble, France

  • Manuel BIBES : Directeur de Recherche - Unité Mixte de Physique, CNRS, Thales, Université Paris-Saclay, Palaiseau, France

  • Laurent VILA : Ingénieur CEA - Université Grenoble Alpes, CEA, CNRS, Grenoble INP, Spintec, Grenoble, France

INTRODUCTION

Le développement des techniques de dépôt de couches minces et de lithographie a permis de créer des dispositifs électroniques tirant profit non seulement de la charge de l’électron, mais également de son spin, pour obtenir des fonctionnalités nouvelles et supplémentaires. La combinaison dans des structures de dimensions nanométriques 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, ou spintronique. Le transport en spin est dépendant de la direction d’aimantation des nanoéléments magnétiques, ce qui génère des effets de magnétorésistance, c’est-à-dire de dépendance de la conductivité avec la direction de l’aimantation et/ou le champ magnétique appliqué. Ces effets permettent notamment de produire des capteurs extrêmement sensibles, en particulier de champ magnétique. De plus, il est possible de développer des dispositifs de stockage ou de manipulation de données, en particulier en exploitant l’état d’aimantation comme variable, et les effets de transfert de spin afin de renverser l’aimantation. Enfin, l’utilisation d’effets spin-orbite permet une manipulation efficace du spin, éventuellement en l’absence de tout élément ferromagnétique.

Dans le présent article, nous présentons les couches minces et les nanostructures utilisées en électronique de spin (§ 1), dans lesquelles apparaissent différents effets : magnétorésistances (§ 2), transfert de spin (§ 3) ou effets spin-orbite (§ 4). Ces effets permettent en particulier de lire et de contrôler l’état d’aimantation, et ainsi de développer des capteurs (§ 5), des mémoires (§ 6) et des dispositifs spintroniques émergents (§ 7).

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KEYWORDS

sensors   |   magnetism   |   spintronics   |   memories

VERSIONS

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-e2135


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - SESHAN (K.), SCHEPIS (D.) et al -   Handbook of thin film deposition.  -  William Andrew (2018).

  • (2) - CUI (Z.) -   Nanofabrication : principles, capabilities and limits.  -  Springer (2016).

  • (3) - GUIMARÃES (A.P.), GUIMARAES (A.P.) -   Principles of nanomagnetism.  -  Berlin : Springer (2009).

  • (4) - COEY (J.) -   Magnetism and magnetic materials.  -  Cambridge university press (2010).

  • (5) - DE TERESA (J.M.) et al -   Nanofabrication : Nanolithography Techniques and Their Applications.  -  IOP Publishing (2020).

  • (6) - e. g. PONG (P.W.T.), DENNIS (C.), CASTILLO (A.) et al -   Detection of pinholes in magnetic tunnel junctions by magnetic coupling.  -  Journal of Applied Physics, vol. 103, n° 7, p. 07A902...

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