Journées hors-murs 2010
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Journées hors-murs 2010
Le magnétisme à l’INSP, Le magnétisme à l’INSP, pourquoi, comment ?pourquoi, comment ?
Max Marangolo et Catherine Gourdon
Plan
Histoire et vie quotidienne Matériaux et champs magnétiques
Compréhension phénoménologique du magnétisme Origine quantique du magnétisme: XXème siècle
Moment orbital et spin de l’électron Paramagnétisme, Ferromagnétisme, Des matériaux magnétiques, partout et depuis longtemps
Magnétisme à l’INSP: matériaux et phénomènes physiques Nouveaux matériaux, pourquoi réduire la taille des systèmes, rôle
des interfaces Nanofils de cobalt dans la cérine Interface Fe/ZnSe
Intégrabilité (matériaux magnétiques dans la microélectronique, traitement de l’information)
systèmes hybrides: ferromagnétique/semiconducteur MnAs TMR
rendre les semiconducteurs magnétiques GaMnAs
Manipulation du magnétisme Magnétisme ultime
?Matériaux et champs magnétiques
Compréhension phénoménologique du magnétisme
1820OerstedAmpère
18ème siècle
L + S = J moment magnétique déterminé par JL ° S L et S peuvent interagir
Origine quantique du magnétisme:XXème siècle
Moment magnétique orbital et moment magnétique de spin
Matériaux paramagnétiques
À température ambiante 400 Tesla pour saturer l’aimantation!
Paramagnétisme
Paramagnétisme / Ferromagnétisme
Paramagnétisme Ferromagnétisme
Ferromagnétisme
M
H
Paroi magnétiqueÉchange + anisotropie
Renversement d’aimantation
500µm
H
Mécanique quanto-relativiste
Orbite et spin des électrons
Echange
Domaines magnétiques
Rémanence
Matériaux magnétiques, partout et depuis longtemps
Mécanique quanto-relativiste
Orbite et spin des électrons
Echange
Domaines magnétiques
Rémanence
Matériaux magnétiques, partout et depuis longtemps
300 nm
Matériaux magnétiques, partout et depuis longtemps
boussole moteurhaut-parleur
Enregidstrement magnétique
actionneurmagnétique
transformateur encodeurmagnétique
Plan
Histoire et vie quotidienne Matériaux et champs magnétiques
Compréhension phénoménologique du magnétisme Origine quantique du magnétisme: XXème siècle
Moment orbital et spin de l’électron Paramagnétisme, Ferromagnétisme, Des matériaux magnétiques, partout et depuis longtemps
Magnétisme à l’INSP: matériaux et phénomènes physiques Nouveaux matériaux, pourquoi réduire la taille des systèmes, rôle
des interfaces Nanofils de cobalt dans la cérine Interface Fe/ZnSe
Intégrabilité (matériaux magnétiques dans la microélectronique, traitement de l’information)
systèmes hybrides: ferromagnétique/semiconducteur MnAs TMR
rendre les semiconducteurs magnétiques GaMnAs
Manipulation du magnétisme Magnétisme ultime
Nouveaux matériaux, pourquoi réduire la taille des systèmes, rôle des interfaces
Des propriétés magnétiques modifiées
Nano-objets Nanofils de cobalt dans la cérine
Interfaces/surfaces Fe/ZnSe
Couches minces
Confinement propriétés magnétiques; Resp.: Yunlin Zheng, Franck Vidal
Co nanowires in PLD grown CeO2/SrTiO3(001)
Nano-objets
Nano-objetsNanofils de cobalt dans la cérine
Nanofils de cobalt dans la cérine
3 nm 5 nm
// fil
┴ fil
Schio, Vidal, Zheng et al. Phys. Rev. submitted
Réactivité d’interface.Structure et contraintes épitaxiales. Electronique et magnétisme à l’interface. Anisotropie magnétique Conséquences pour le transport
Fe / ZnSe / GaAs(001) : 1, 3, 5 et 7 ML
Interfaces/surfaces
+ Ab initio avec FabioFe/ZnSe
Plan
Histoire et vie quotidienne Matériaux et champs magnétiques
Compréhension phénoménologique du magnétisme Origine quantique du magnétisme: XXème siècle
Moment orbital et spin de l’électron Paramagnétisme, Ferromagnétisme, Des matériaux magnétiques, partout et depuis longtemps
Magnétisme à l’INSP: matériaux et phénomènes physiques Nouveaux matériaux, pourquoi réduire la taille des systèmes, rôle
des interfaces Nanofils de cobalt dans la cérine Interface Fe/ZnSe
Intégrabilité (matériaux magnétiques dans la microélectronique, traitement de l’information)
systèmes hybrides: ferromagnétique/semiconducteur MnAs TMR
rendre les semiconducteurs magnétiques GaMnAs
Manipulation du magnétisme Magnétisme ultime
IntégrabilitéStockage et traitement de l’information
Nouvelles architectures associant mémoire et logique Systèmes hybrides:ferromagnétique/semiconducteur
MnAs TMR Rendre les semiconducteurs magnétiques
GaMnAs
Stockage non volatile de l’information
Matériaux magnétiques
Traitement de l’information
Circuits logiques semiconducteurs
Magnétotransport : jonctions métal/semiconducteur/métal
Magnétorésistance géante. Vannes de spin
Magnétorésistance tunnel (TMR) Electronique de spin.
Sandwich métallique.
Ferro/non ferro/ferro
Sandwich hybride.
Fe/ZnSe/Fe , MnAs/GaAs/MnAs
R↑↑ < R↑↓
Baibich, Broto, Fert, Nguyen Van Dau, and Petroff, Etienne, G. Creuzet, Friederich, and ChazelasPRL 1988
Thèse de Vincent Garcia
(Ga,Mn)As: un semiconducteur ferromagnétiqueCollaborations au sein de l’INSP
GaMnAs système semiconducteur et magnétique
Recherche d’une température de Curie élevée actuellement -100°C
Semiconducteurs magnétiques dilués : un ferromagnétisme particulier
Propagation de parois de domaines Paramètres: largeur de paroiMn Mn
+
S. ParkinIBM
(Ga,Mn)As: un semiconducteur ferromagnétiqueCollaborations au sein de l’INSP
C. Gourdon, V. Jeudy, H.J. von Bardeleben, C. Testelin, F. Bernardotthèses: A. Dourlat, K. Khazen, M. Cubukcu, S. Haghgoo
Détermination de la largeur de paroi magnétique Fabrication, RX et magnéto-transport: A. Lemaître (LPN) Propriétés magnétiques (INSP)
Aimantation (SQUID) Anisotropie magnétique (résonance ferromagnétique) Domaines magnétiques (microscopie Kerr)
KA
M(T)
K(T)
Largeur de paroi
A. Dourlat et al. Phys. Rev. B 2007C. Gourdon et al. Phys. Rev. B. 2008K. Khazen et al. Phys. Rev. B 2008
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Compréhension phénoménologique du magnétisme Origine quantique du magnétisme: XXème siècle
Moment orbital et spin de l’électron Paramagnétisme, Ferromagnétisme, Des matériaux magnétiques, partout et depuis longtemps
Magnétisme à l’INSP: matériaux et phénomènes physiques Nouveaux matériaux, pourquoi réduire la taille des systèmes, rôle
des interfaces Nanofils de cobalt dans la cérine Interface Fe/ZnSe
Intégrabilité (matériaux magnétiques dans la microélectronique, traitement de l’information)
systèmes hybrides: ferromagnétique/semiconducteur MnAs TMR
rendre les semiconducteurs magnétiques GaMnAs
Manipulation du magnétisme Magnétisme ultime
Manipulation de l’aimantationManipulation de l’aimantation
Semiconducteurs ferromagnétiques (Ga,Mn)As1-xPx direction de l’aimantation information anisotropie magnétique complexe manipulation déclenchement et contrôle de la précession ou du basculement de
l’aimantation
H0+HintM
H = 0
Renversement d’aimantation : température
Renversement température : contrainte
Mn-L 3
Mki Fe-L 3
Une boîte quantique permet de stocker de l’information à l’échelle nanométrique
ex : BQ InAs sur GaAs
électrontrou
noyaux
Se St Sn
t ≈ s - ms t ≈ heureSpin unique Ensemble de spins
~105
Magnétisme ultimeC. Testelin, M.Chamarro, B. Eble, F. Bernardot, F. Fras, P. Desfonds
Système à 2 niveaux
Conclusion
Spintronique Nouveaux matériaux Nano-objets Interfaces Systèmes hydrides métal/SC
Compétences et techniques Élaboration Techniques et compétences couplées
Résonance ferromagnétique Imagerie magnéto-optique Génération d’ondes acoustiques
Nouvelles méthodes de manipulation de l’aimantation d’objets nanométriques.