Projet ANR-07-BLAN-0341 – SPINCHAT : Spin and charge transport in single crystal magnetic tunnel junctions
Programme : Blanc (BLANC) 2007
Année de financement : 2007
Coordinateur du projet : UNIVERSITE DE NANCY I [HENRY POINCARE] (UNIVERSITE DE NANCY I [HENRY POINCARE])
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique; Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives; Université de Lorraine
Montant : 300000.0 euros
Date de début : 2007
Durée : 36 mois
Résumé : La compréhension des mécanismes de transport dans les jonctions tunnels magnétiques (MTJ) mono-cristallines est le verrou technologique le plus important pour l'amélioration et le contrôle des effets magnétorésistifs dans les capteurs, têtes de lecture, ou mémoires magnétiques MRAM). Dans ce projet, nous adresserons plusieurs aspects fondamentaux de l'électronique -  de spin : les mécanismes de conduction, et le transport de spin. En combinant théorie et expérience, nous explorerons comment les effets de magnéto-résistance peuvent être optimisés et contrôlés dans une MTJ élaborée soit en MBE, soit en sputtering. -  -  Un des objectifs du projet est d'explorer le lien étroit entre les propriétés du magnéto-transport et du couplage entre deux électrodes ferromagnétiques dans une jonction tunnel mono-cristalline à base de MgO. En effet la théorie prédit une relation directe entre trois propriétés : TMR, couplage par échange à tension de polarisation nulle, et transfert de moment de spin à polarisation non nulle. C'est une étape clé dans l'utilisation du transfert de moment de spin et du retournement d'aimantation dans les mémoires de type MRAM de troisième génération. De plus, nous voulons corréler les effets du couplage sur la variation de tension du signal TMR. Ce contrôle est très important pour les applications potentielles des MTJ qui seraient utilisées à des tensions limitées. -  Dans ce projet deux régimes de transport seront étudiés en détail : le régime d'équilibre (tension de polarisation nulle), et le régime hors-équilibre (tension de polarisation non nulle). Dans le régime d'équilibre, nous voulons élucider un point controversé concernant les origines des interactions magnétiques gouvernées par le transport tunnel dans les MTJ épitaxiées. En tenant compte des spécificités du transport dans un monocristal, nous étudierons indépendamment -  l'influence du couplage de l'isolant (épaisseur, niveaux résonnants par une impureté ou une lacune), des électrodes ferromagnétiques, et des interfaces avec la structure électronique. D'une part, la morphologie des interfaces Fe/MgO et de la barrière de MgO sera modifiée par une -  technique d'irradiation par ion léger. D'autre part, des impuretés à l'interface ou des couches métalliques supplémentaires seront intercalées dans l'empilement de la MTJ afin de modifier la structure électronique de l'interface et les propriétés du filtre à spin correspondant. Dans tous ces -  échantillons, l'holographie, la microscopie de transmission électronique et la magnétométrie seront utilisées pour étudier le couplage à l'échelle microscopique et macroscopique. Comprendre ce couplage à l'équilibre est la première étape du projet avant de passer à l'étude hors-équilibre du transfert de moment de spin. Dans le régime hors-équilibre, nous voulons contrôler l'amplitude et la variation de tension de la TMR dans deux types d'échantillons : les -  premiers, élaborés par MBE (LPM), et les seconds, élaborés par sputtering (SPINTEC, LPM). Une grande TMR peut être obtenue par filtrage en spin et en symétrie sur les bandes de conductions au travers de la barrière épitaxiée, et aux interfaces. Une étape importante est l'étude de la variation de TMR en fonction de l'épaisseur de la barrière de MgO. Théoriquement, quand l'épaisseur de MgO diminue, une diminution de l'efficacité du filtrage est attendue, avec un effet négatif sur l'amplitude de TMR. De toute façon, un bas produit RA pour des jonctions tunnel épitaxiées est requis pour l'intégration des MTJ dans les têtes de lectures, les MRAMS ou les -  dispositifs où l'aimantation est renversée par courant de spin. Aussi, notre projet cherche à réaliser des échantillons de haute TMR et de bas produit RA, en jouant sur la structure chimique aux interfaces de la jonction. Les effets de TMR et les interactions magnétiques (effet de transfert de moment par courant de spin) seront explorés par deux techniques différentes : des -  mesures de bruit des MTJ structurées