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Une mémoire magnétique qui perd la boussole


Dans de nombreux dispositifs électroniques, comme les portables ou les ordinateurs, les informations peuvent être stockées dans des ensembles de nano-aimants qui forment la mémoire vive (Magnetic Random Access Memory, MRAM). Dans ce type de mémoire vive, les états 0 et 1 (les bits) correspondent à deux directions d’aimantation opposées des nano-aimants. Pour retourner l’aimantation, on utilise le plus souvent des petits champs magnétiques. Depuis plus récemment, on sait également manipuler l’aimantation avec des courants électriques (STT-MRAM). Le principe de fonctionnement est le suivant : quand un courant électrique circule dans un matériau magnétique, ce dernier force l’alignement de l’aimantation des électrons (appelé spin) qui portent le courant électrique. On dit alors que les électrons sont polarisés en spin. L’injection d’électrons polarisés en spin dans un matériau d’aimantation opposée peut forcer le retournement de l’aimantation. Ce mécanisme (dit de couple de transfert de spin, STT Spin Transfer Torque en anglais) n’est pas très bien compris et fait l’objet de nombreuses recherches de physique fondamentale.

Dans ce cadre, nous avons mis en évidence un phénomène plutôt inattendu. L’injection d’un courant électrique d’un matériau non magnétique (de l’or) dans un matériau magnétique (le semi-conducteur GaMnAsP) produit un retournement aléatoire de l’aimantation. Du point de vue des applications, c’est plutôt embêtant d’avoir une mémoire magnétique qui perd la boussole. En revanche, c’est particulièrement intéressant du point de vue fondamental. Le caractère aléatoire donne accès aux énergies et aux temps caractéristiques impliqués dans les mécanismes de retournement et permet donc de mieux comprendre la physique. Grâce à une analyse statistique, nous avons ainsi pu montrer que l’injection du courant électrique (non polarisé) affaiblissait fortement l’état magnétique du matériau magnétique et favorisait le retournement aléatoire de l’aimantation. Pas d’inquiétude pour les portables ou les ordinateurs, les STT-MRAM fonctionnent avec d’autres matériaux magnétiques (des métaux) pour lesquels les mécanismes de retournement d’aimantation sont différents.

 


Retournement aléatoire de l’aimantation produit par un courant électrique continu.

Image (noir et blanc) de domaines magnétiques obtenue par microscopie Kerr superposée à une image (couleur) du dispositif. La circulation d’un courant continu (flèches rouge) entre l’électrode d’or (Au) semi-circulaire et la fine électrode d’or produit un retournement aléatoire de l’aimantation et la formation des domaines circulaires observés dans le matériau magnétique (GaMnAsP).

 

Contact : Vincent Jeudy

Référence :
Stochastic Current-Induced Magnetization Switching in a Single Semiconducting Ferromagnetic Layer
J. Gorchon, J. Curiale, A. Lemaître, N. Moisan, M. Cubukcu, G. Malinowski, C. Ulysse, G. Faini, H. J. von Bardeleben, and V. Jeudy
Phys. Rev. Lett. 112, 026601 (2014).