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Influence du couple de transfert de spin sur les fluctuations magnétiques haute-fréquence dans le jonctions tunnel magnétiques

Sébastien Petit - Spintech, Grenoble


La découverte de la magnétorésistance géante (GMR) a été à l’origine d’un nouveau champ de recherche : l’électronique de spin. Le filtrage de spin responsable de l’effet GMR et son effet réciproque découvert plus récemment et appelé couple de transfert de spin [1], résultent du couplage du transport électronique avec l’aimantation locale. Ces deux effets ont permis de développer des capteurs et des mémoires magnétiques de plus en plus petits et sensibles, et de contrôler la dynamique de l’aimantation de nouveaux dispositifs sans à avoir à appliquer un champ magnétique. En effet, le couple de transfert de spin permet de manipuler l’aimantation d’une couche ferromagnétique par l’intermédiaire d’un courant polarisé en spin. Ainsi, pour une densité de courant supérieure à une valeur seuil appelée courant critique, l’aimantation de la couche ferromagnétique peut être renversée ou mise en précession, ce qui permet d’envisager la réalisation d’oscillateurs radio-fréquences, de mémoires magnétiques à commutation par courant polarisés en spin… De nombreuses études ont été notamment réalisées sur ces deux effets, que ce soit d’un point de vue fondamental ou appliqué. Mais, en ce qui concerne le couple de transfert de spin, jusqu’à récemment, peu de travaux ont été effectués dans les conditions où le courant est inférieur au courant critique, c’est-à-dire dans un régime où le transfert de spin doit exister sans présenter d’effets macroscopiques sur la dynamique de l’aimantation.

Dans ce contexte, nous avons montré que le couple de transfert de spin agit fortement sur les fluctuations thermiques de l’aimantation à la résonance ferromagnétique même pour des courants bien inférieurs au seuil critique. Ces expériences ont été réalisées sur des jonctions tunnel magnétiques (JTM) industrielles (fabriquées par Headway Technologies) avec des barrières isolantes en Alumine et en MgO. Les mesures de bruit électrique ont été effectuées sur un banc de mesure de bruit large bande (DC − 26 GHz) mis au point et calibré au laboratoire Spintec. Grâce à un modèle simple que nous avons développé à partir du théorème de fluctuation-dissipation, nous avons pu expliquer les modifications du spectre des fluctuations magnétiques induites par le courant polarisé en spin. Nous avons ainsi pu mettre en évidence l’existence de deux termes de couple de transfert de spin dans les jonctions tunnel magnétiques [2]. Leurs dépendances vis-à-vis du courant et de la tension de polarisation ont été étudiées, et il semblerait que dans le cas des JTM, il soit plus approprié de parler de tension critique [3], que de courant critique.

[1] J.C. Slonczewski, J. Magn. Magn. Mater, 159 :1-7 (1996)

[2] S. Petit et al., Phys. Rev. Lett., 98(7) : 077203 (2007)

[3] S. Petit et al., Phys. Rev. B., 78(18) : 184420 (2008)

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