Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, pourquoi, comment ? Max Marangolo et Catherine...

28
Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à l’INSP, Le magnétisme à l’INSP, pourquoi, comment ? pourquoi, comment ? Max Marangolo et Catherine Gourdon

Transcript of Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, pourquoi, comment ? Max Marangolo et Catherine...

Page 1: Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, pourquoi, comment ? Max Marangolo et Catherine Gourdon.

Journées hors-murs 2010

Le magnétisme à l’INSP, Le magnétisme à l’INSP, pourquoi, comment ?pourquoi, comment ?

Max Marangolo et Catherine Gourdon

Page 2: Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, 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

Page 3: Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, pourquoi, comment ? Max Marangolo et Catherine Gourdon.

?

Matériaux et champs magnétiquesCompréhension phénoménologique du magnétisme

1820OerstedAmpère

18ème siècle

Page 4: Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, pourquoi, comment ? Max Marangolo et Catherine Gourdon.

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

Page 5: Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, pourquoi, comment ? Max Marangolo et Catherine Gourdon.

Matériaux paramagnétiques

À température ambiante 400 Tesla pour saturer l’aimantation!

Paramagnétisme

Page 6: Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, pourquoi, comment ? Max Marangolo et Catherine Gourdon.

Paramagnétisme / Ferromagnétisme

Paramagnétisme Ferromagnétisme

Page 7: Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, pourquoi, comment ? Max Marangolo et Catherine Gourdon.

Ferromagnétisme

M

H

Paroi magnétiqueÉchange + anisotropie

Renversement d’aimantation

500µm

H

Page 8: Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, pourquoi, comment ? Max Marangolo et Catherine Gourdon.

Mécanique quanto-relativiste

Orbite et spin des électrons

Echange

Domaines magnétiques

Rémanence

Matériaux magnétiques, partout et depuis longtemps

Page 9: Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, pourquoi, comment ? Max Marangolo et Catherine Gourdon.

Mécanique quanto-relativiste

Orbite et spin des électrons

Echange

Domaines magnétiques

Rémanence

Matériaux magnétiques, partout et depuis longtemps

Page 10: Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, pourquoi, comment ? Max Marangolo et Catherine Gourdon.

300 nm

Matériaux magnétiques, partout et depuis longtemps

boussolemoteur

haut-parleur

Enregidstrement magnétique

actionneurmagnétique

transformateurencodeurmagnétique

Page 11: Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, 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

Page 12: Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, pourquoi, comment ? Max Marangolo et Catherine Gourdon.

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

Page 13: Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, pourquoi, comment ? Max Marangolo et Catherine Gourdon.

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

Page 14: Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, pourquoi, comment ? Max Marangolo et Catherine Gourdon.

Nanofils de cobalt dans la cérine

3 nm 5 nm

// fil

┴ fil

Schio, Vidal, Zheng et al. Phys. Rev. submitted

Page 15: Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, pourquoi, comment ? Max Marangolo et Catherine Gourdon.

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

Page 16: Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, pourquoi, comment ? Max Marangolo et Catherine Gourdon.

+ Ab initio avec Fabio

Fe/ZnSe

Page 17: Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, 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

Page 18: Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, pourquoi, comment ? Max Marangolo et Catherine Gourdon.

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

Page 19: Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, pourquoi, comment ? Max Marangolo et Catherine Gourdon.

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

Page 20: Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, pourquoi, comment ? Max Marangolo et Catherine Gourdon.

(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

Page 21: Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, pourquoi, comment ? Max Marangolo et Catherine Gourdon.

(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)

K

A

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

Page 22: Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, 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

Page 23: Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, pourquoi, comment ? Max Marangolo et Catherine Gourdon.

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

Page 24: Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, pourquoi, comment ? Max Marangolo et Catherine Gourdon.

H = 0

Renversement d’aimantation : température

Page 25: Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, pourquoi, comment ? Max Marangolo et Catherine Gourdon.

Renversement température : contrainte

Page 26: Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, pourquoi, comment ? Max Marangolo et Catherine Gourdon.

Mn-L 3

Mki Fe-L 3

Page 27: Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, pourquoi, comment ? Max Marangolo et Catherine Gourdon.

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 ≈ heure

Spin uniqueEnsemble de spins

~105

Magnétisme ultimeC. Testelin, M.Chamarro, B. Eble, F. Bernardot, F. Fras, P. Desfonds

Système à 2 niveaux

Page 28: Journées hors-murs 2010 Le magnétisme à lINSP, pourquoi, comment ? Max Marangolo et Catherine Gourdon.

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.