Journal de Saclay n° 39 - CEA Saclay

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Ce travail doit être confié aux organismes comme le
CNRS, l’INSERM et le CEA, qui élaborent une stratégie
scientifique et coordonnent les moyens, en particulier
dans le domaine des pôles de technologie et des grands
instruments. Les agences de financement sur projets de
court terme, comme l’ANR, ont aussi un rôle important à
jouer mais différent et complémentaire de celui du CNRS.
1 - Spin : le moment magnétique porté ici par l’électron.
2 - Prix Nobel de physique en 1977.
3 - Nanomètre : milliardième de mètre.
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L’effet de GMR est utilisé dans les têtes de lecture des disques
durs des ordinateurs.
2 L’équipement de microlithographie de l’unité mixte de
physique CNRS Thales permet de fabriquer un grand nombre de
jonctions tunnel magnétiques (croix jaunes), qui sont utilisées en
électronique de spin.
> LE FILTRAGE DE SPIN 5
> L’ÉMISSION HYPERFRÉQUENCE
PAR COURANTS FORTS 7
Comment obtenir un courant dont tous les électrons ont
les spins alignés Une méthode consiste à utiliser une
barrière tunnel 6 magnétique pour sélectionner les électrons
ayant la même orientation de spin : c’est le concept de
« filtrage de spin ». Etant donné le caractère magnétique
de la barrière tunnel, les électrons sont transmis
différemment selon leur spin. Pour mesurer l’efficacité du
filtrage de spin obtenu, une méthode consiste à
redéposer une couche magnétique sur la barrière tunnel
magnétique et à effectuer une mesure de TMR au sein de
la multicouche ainsi constituée. Selon le champ magnétique
appliqué, la configuration des aimantations des
deux couches magnétiques est modifiée, ce qui permet
de choisir l’orientation des spins sélectionnés.
Une équipe du CEA (Ana Ramos, Marie-Joseph Guittet,
Jean-Baptiste Moussy) est spécialisée dans la croissance
de multicouches de matériaux ferromagnétiques particulièrement
performants, comme les oxydes de fer et de
cobalt. Les caractérisations structurale, chimique et
magnétique de ces empilements sont effectuées au laboratoire,
à Saclay. À partir de ces systèmes, les structures
adaptées à la mesure du filtrage de spin sont fabriquées
par lithographie par l’équipe d’Albert Fert. Les mesures
de TMR, qui permettent la mise en évidence de l’effet
recherché, sont également effectuées à Palaiseau, en
tandem avec des chercheurs des deux laboratoires.
Ci-contre : réacteur permettant de fabriquer des structures
magnétiques en mille-feuilles, de l’unité CNRS Thales.
Si on applique un courant extrêmement fort à un « millefeuilles
» de GMR, on observe un effet de rotation (ou
« précession ») de l’aimantation à l’intérieur des couches
magnétiques. Il en résulte une émission d’ondes hyperfréquences
de qualité remarquable : un effet découvert il y a deux ans.
Les chercheurs travaillent en réalité avec des « piliers » de
petite section et non avec des multicouches étendues. Ces
piliers sont fabriqués par l’équipe d’Albert Fert, particulièrement
bien équipée en matière de lithographie. C’est le microscope à
force magnétique de Saclay, un instrument unique mis au point
par Olivier Klein, qui permet de mettre en évidence les ondes
hyperfréquences (quelques gigahertz). La sonde du microscope
est une sphère magnétique d’un micromètre de diamètre, sensible
à la variation d’aimantation induite par le courant fort.
Il est possible de produire un effet analogue en appliquant un
champ magnétique, modulé par des radiofréquences, mais le
résultat est qualitativement très différent. Avec les courants
forts, l’émission est d’une pureté spectrale incomparable : sa
fréquence dépend du courant et de la structure. Ces émetteurs
sont très prometteurs, pour les télécommunications notamment.
1 - Matériaux demi-métalliques : ils se caractérisent par une conduction
électrique assurée par une seule direction de spin, ce qui optimise la
magnétorésistance.
2 - Projet soutenu par l’ANR.
3 - Ils sont à la fois ferroélectriques et anti-ferromagnétiques.
4 - Les neutrons du Laboratoire Léon Brillouin sont produits par le réacteur
nucléaire expérimental ORPHÉE, du centre CEA de Saclay.
5 - Projet financé par la région Île-de-France (CNano).
6 - Barrière tunnel : les électrons franchissent cette « barrière » par effet
tunnel, un effet qui s’explique dans le cadre de la mécanique quantique.
7 - Projet européen, financé également par l’ANR.
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