Commutation ultra-rapide de jonctions tunnels magnétiques par

Commutation ultra-rapide de jonctions tunnels magnétiques
par transfert de spin
Contacts : Thibaut Devolder, Claude Chappert, Joo-Von Kim
Département : NanoSpinTronique
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Le phénomène de « transfert de spin » s'obtient
quand on fait passer un courant dans un empilement
contenant en série deux couches magnétiques, de
façon à transférer de l’une à l’autre des moments
angulaires de spin. Cet effet peut commuter
l'aimantation d'une des couches, le sens de
commutation dépendant de la polarité du courant. Par
l’intermédiaire d’un courant, on peut ainsi manipuler
une configuration d'aimantation dans une
nanostructure magnétique, sans avoir recours à un
champ magnétique.
La nature fondamentalement différente du
transport tunnel, notamment dans le cas de
barrières tunnel cristallines MgO entraîne des
complications, tant en matière d'ingénierie que de
compréhension fondamentale du phénomène.
Grâce à une collaboration avec Hitachi Japon
et l'université de Tohoku (Jun Hayakawa, Kenchi Ito
et al.), nous avons réalisé les premières mesures en
temps réel de la commutation ultra-rapide dans de
tels systèmes (Figure 2).
Le première des applications du transfert de spin
sera vraisemblablement l'écriture dans les mémoires
magnétiques à accès aléatoire (MRAM). En effet, ce
mode d'écriture est compatible avec la miniaturisation
des circuits mémoires.
L'IEF a été
pionnier dans l'étude de la
commutation par transfert de spin notamment grâce à
l'utilisation de vannes de spin entièrement
métalliques, structurées sous la forme de nanopiliers,
dans lesquels nous avons montré et compris que la
commutation pouvait s'opérer en quelques centaines
de picosecondes [1, 2]. Néanmoins, ces systèmes
présentent un signal trop faible pour être utilisables
dans des mémoires.
L'étape suivante est une extension de ces
concepts à des nanopiliers gravés dans des jonctions
tunnel magnétiques (Figure 1), qui possèdent une
magnéto-résistance, et procurent donc un signal
considérablement plus important.
Figure 2: mesures résolues en temps de la commutation par
transfert de spin dans des jonctions tunnels magnétiques.
Ces mesures nous ont notamment permis
d'identifier d'une part les aspects stochastiques et
d'autre part les aspects déterministes de ce type de
retournement. Nous avons ainsi pu proposer un
scénario micromagnétique décrivant la nature du
retournement de l'aimantation à ces vitesses de
commutation.
Figure 1: schéma des nano-piliers formés à
partir de jonctions tunnels magnétiques.
[1] T. Devolder, C. Chappert, J. A. Katine, M. J. Carey and K. Ito, "Distribution of the magnetization reversal duration in
subnanosecond spin-transfer switching", Phys. Rev. B 75, 064402-1,5 (2007).
[2] T. Devolder, C. Chappert, and K. Ito, "Subnanosecond spin-transfer switching: Comparing the benefits of free-layer or
pinned-layer biasing ", Phys. Rev. B 75, 224430-1,10 (2007).