Effet tunnel dépendant du spin : Des simples aux doubles ... - LPM

Introduction, généralités
indépendants de spin et que la conductivité est proportionnelle aux densités d'états libres et
occupés pour chaque électrode. Lorsque les aimantations sont dans une configuration
antiparallèle, une densité d'états importante dans une électrode correspond à une faible densité
d'états pour la même direction de spin dans l’autre électrode (figure 1). Le courant tunnel est
donc limité par la densité d'états la plus basse. Dans la configuration parallèle en revanche,
une forte densité d'états est disponible pour les spins ↑ dans les deux électrodes. Le courant
est donc plus important dans la configuration parallèle. Plus quantitativement, on peut écrire
le courant total comme la somme des courants des deux directions de spin.
Configuration parallèle Configuration antiparallèle
↑ ↑
↓ ↓
D1 D2
D D
1 2
13
↑ ↓
D1 D2
↓ ↑
D1 D2
Fig. 1 : Schéma des densités d’états dans les deux configurations magnétiques. Les flèches représentent les
courants pour les deux directions de spin.
On définit alors la magnétorésistance 1 par :
R − R
MR =
R
ap p
p
=
j − j
j
p ap
ap
=
↑ ↑ ↓ ↓ ↑ ↓ ↓ ↑
( D1 D2 + D1 D2) − ( D1 D2 + D1 D2)
D D + D D
↑ ↓ ↓ ↑
1 2 1 2
2PP
1 2
=
1 − PP
Avant 1995, il n'y eut que quelques réalisations de jonctions tunnel magnétiques avec
toujours des magnétorésistances faibles à basse température et nulles à température ambiante
[MAE 82, NOW 92, SUE 92] . Les jonctions Co/Al2O3/CoFe et Co/Al2O3/NiFe réalisées par
Moodera [MOO 95] furent les premières à atteindre de façon reproductible des magnétorésistances
supérieures à 10% à température ambiante. Les différentes couches de ces jonctions sont
déposées à travers des masques métalliques qui permettent de prendre les contacts sur les
électrodes inférieures et supérieures dans une géométrie croix. L'électrode inférieure est
déposée à basse température afin d'assurer une bonne planéité. La barrière est réalisée par
oxydation plasma d'une couche d'aluminium. Nous reviendrons en détail sur l'élaboration de la
barrière au chapitre II.
La réponse électrique est parfaitement corrélée au comportement magnétique. A fort
champ positif, les deux aimantations sont saturées et alignées, la résistance est alors faible.
Quand le champ est inversé, le FeNi, qui a le champ coercitif le plus faible, se retourne avec le
champ alors que le CoFe reste dans sa position initiale. Les aimantations ont alors un aligne-
1
Certains auteurs et particulièrement Moodera au MIT utilisent une normalisation par la résistance dans l'état
MR = R − R R ). Cette normalisation est utilisée dans les figures 2 et 5.
antiparallèle ( ( )
ap p ap
1 2