Projet ANR-10-BLAN-1006 – ELECMADE : Nanocomposants magnétiques contrôlés par un champ électrique
Programme : Sciences de l'information, de la matière et de l'ingénierie :  Nanosciences (Blanc SIMI 10) 2010
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Monsieur Alain Marty (CEA - CENTRE D'ETUDES NUCLEAIRES SACLAY)
Partenaires : Institut Nanosciences et Cryogénie; Institut Neel; Institut Jean Lamour; Institut d'Électronique Fondamentale
Montant : 706950.0 euros
Durée : 36 mois
Résumé : L'International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS) prédit que l'industrie des semi-conducteurs aura atteint une limite en 2016, ensuite aucune des technologies existantes ne permettra de progresser en matière de performance et de capacité de stockage. Des avancées sont donc nécessaires et les systèmes nanomagnétiques fournissent cette opportunité. En particulier, les mémoires à spin et les dispositifs magneto-logiques pourraient compléter ou supplanter la micro-électronique traditionnelle des semi-conducteurs. Les dispositifs spintroniques actuels sont des hétéro-structures métalliques complexes, pour lesquelles les fonctionnalités de base découlent de la diffusion dépendante du spin. Dans les composants spintroniques actuels (têtes de lecture TMR, capteurs MRAM, etc.) les orientations des éléments magnétiques sont contrôlés par champs magnétique externe. Toutefois, il est maintenant bien établi que les orientations relatives des nano-aimants peuvent être contrôlées directement par l'injection de courants polarisés en spin exercant un couple sur l'aimantation. Les applications de ces dispositifs incluent les spin-MRAM, les oscillateurs HF non-linéaires, des mémoires solides tridimensionnelles et potentiellement la logique magnétique. Les MRAM à transfert de couple de spin devraient conduire à des énergies de programmation faibles par rapport aux mémoires FLASH.
Les approches nouvelles au-delà des CMOS doivent permettre une consommation d'énergie très faible, en particulier pour les mémoires portables. Une solution nouvelle pourrait émerger du contrôle par le champ électrique (E) des dispositifs  spintroniques. Dans une étude récente, deux partenaires d'ELECMADE ont apporté la première démonstration expérimentale que la coercivité magnétique de films métalliques ultra-minces (FePt et FePd) peut être contrôlée par la polarisation électrique (Science 315, 349 (2007)). Ce résultat ouvre la perspective de l'activation des métaux par un champ électrique et apparait comme une alternative au champ magnétique ou au courant électrique pour contrôler les nanosystèmes magnétiques, avec des gains potentiels importants en termes d'architectures et de consommation. Toutefois cela exige que l'E-activation de métaux soit mieux comprise, avec des études expérimentales détaillées et les études théoriques associées.
Le projet ELECMADE propose d'étudier le domaine émergeant et relativement inexploré de l'utilisation de champs électriques pour le contrôle les propriétés magnétiques intrinsèques (par exemple la température de Curie, la transition antiferro-ferromagnétique, l’anisotropie magnétique et le champ d’échange) des systèmes métalliques et d'intégrer ces effets dans de nouveaux dispositifs à 3 électrodes. Le projet portera sur le contrôle des propriétés magnétiques intrinsèques des métaux de transition et de leurs alliages et composés. Tous les systèmes étudiés seront choisis avec une température d’ordre magnétique proche ou supérieure à la température ambiante. Ces matériaux étant conducteurs, le champ E (et ses effets sur le magnétisme) se manifeste sur la région proche de la surface. c'est pourquoi cette recherche portera sur des films minces et des hétérostructures où les surfaces peuvent considérablement affecter les propriétés magnétiques. Les 2 objectifs principaux sont :
(i) Etudier systématiquement l'effets du champ E sur les propriétés magnétiques (anisotropie, température d'ordre, l'échange) de films de métaux de transition et le couplage aux interfaces magnetic-oxyde/metal.
(ii) Exploiter le contrôle par champ électrique du magnétisme et des phénomènes de spintroniques dans des dispositifs intégrés à 3 électrodes.
Cette projet explorera les nouveaux phénomènes contrôlés par champ électrique de systèmes nanomagnétiques avec l'objectif de fournir les bases scientifiques de la prochaine génération de dispositifs magnéto-électroniques efficaces en termes de consommation, de rapidité et de dimension réduite.