Le magn

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

• Histoire et vie quotidienne
• Matériaux et champs magnétiques
• Compréhension phénoménologique du magnétisme
• Origine quantique du magnétisme XXème siècle
• Moment orbital et spin de lélectron
• Paramagnétisme, Ferromagnétisme,
• Des matériaux magnétiques, partout et depuis
  longtemps
• Magnétisme à lINSP 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 linformation)?
• systèmes hybrides ferromagnétique/semiconducteur
  
• MnAs TMR
• rendre les semiconducteurs magnétiques
• GaMnAs
• Manipulation du magnétisme
• Magnétisme ultime

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Matériaux et champs magnétiquesCompréhension
phénoménologique du magnétisme
1820 Oersted Ampère
18ème siècle
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Origine quantique du magnétismeXXème siècle
Moment magnétique orbital et moment magnétique de
spin
L S J ? moment magnétique déterminé par J L
S ? L et S peuvent interagir
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Paramagnétisme

• Matériaux paramagnétiques
• À température ambiante
• ? 400 Tesla pour saturer laimantation!

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Paramagnétisme / Ferromagnétisme
Paramagnétisme
Ferromagnétisme
7
Ferromagnétisme
500µm
Paroi magnétique Échange anisotropie
Renversement daimantation
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Matériaux magnétiques, partout et depuis longtemps
Mécanique quanto-relativiste Orbite et spin des
électrons Echange Domaines magnétiques Rémane
nce
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Matériaux magnétiques, partout et depuis longtemps
Mécanique quanto-relativiste Orbite et spin des
électrons Echange Domaines magnétiques Rémane
nce
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Matériaux magnétiques, partout et depuis longtemps
haut-parleur
actionneur magnétique
boussole
transformateur
moteur
encodeur magnétique
300 nm
Enregidstrement magnétique
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Plan

• Histoire et vie quotidienne
• Matériaux et champs magnétiques
• Compréhension phénoménologique du magnétisme
• Origine quantique du magnétisme XXème siècle
• Moment orbital et spin de lélectron
• Paramagnétisme, Ferromagnétisme,
• Des matériaux magnétiques, partout et depuis
  longtemps
• Magnétisme à lINSP 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 linformation)?
• systèmes hybrides ferromagnétique/semiconducteur
  
• MnAs TMR
• rendre les semiconducteurs magnétiques
• GaMnAs
• Manipulation du magnétisme
• Magnétisme ultime

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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

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Nano-objetsNanofils de cobalt dans la cérine
Confinement ? propriétés magnétiques
Resp. Yunlin Zheng, Franck Vidal
Nano-objets
Co nanowires in PLD grown CeO2/SrTiO3(001)?
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Nanofils de cobalt dans la cérine
3 nm
5 nm
- fil
// fil
Schio, Vidal, Zheng et al. Phys. Rev. submitted
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Interfaces/surfaces
Fe / ZnSe / GaAs(001) 1, 3, 5 et 7 ML

• Réactivité dinterface.
• Structure et contraintes épitaxiales.
• Electronique et magnétisme à linterface.
• Anisotropie magnétique
• Conséquences pour le transport

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Fe/ZnSe
Ab initio avec Fabio
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Plan

• Histoire et vie quotidienne
• Matériaux et champs magnétiques
• Compréhension phénoménologique du magnétisme
• Origine quantique du magnétisme XXème siècle
• Moment orbital et spin de lélectron
• Paramagnétisme, Ferromagnétisme,
• Des matériaux magnétiques, partout et depuis
  longtemps
• Magnétisme à lINSP 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 linformation)?
• systèmes hybrides ferromagnétique/semiconducteur
  
• MnAs TMR
• rendre les semiconducteurs magnétiques
• GaMnAs
• Manipulation du magnétisme
• Magnétisme ultime

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IntégrabilitéStockage et traitement de
linformation
Stockage non volatile de linformation Matériaux
magnétiques
Traitement de linformation Circuits logiques
semiconducteurs

• Nouvelles architectures associant mémoire et
  logique
• Systèmes hybridesferromagnétique/semiconducteur
• MnAs TMR
• Rendre les semiconducteurs magnétiques
• GaMnAs

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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?? lt R??
Baibich, Broto, Fert, Nguyen Van Dau, and
Petroff, Etienne, G. Creuzet, Friederich, and
Chazelas PRL 1988
Thèse de Vincent Garcia
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(Ga,Mn)As un semiconducteur ferromagnétiqueColla
borations au sein de lINSP

• GaMnAs
• système semiconducteur et magnétique
• Recherche dune température de Curie élevée
• actuellement -100C
• Semiconducteurs magnétiques dilués un
  ferromagnétisme particulier
• Propagation de parois de domaines
• Paramètres largeur de paroi

S. Parkin IBM
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(Ga,Mn)As un semiconducteur ferromagnétiqueColla
borations au sein de lINSPC. 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)?

M(T)
K(T)
A. Dourlat et al. Phys. Rev. B 2007 C. Gourdon et
al. Phys. Rev. B. 2008 K. Khazen et al. Phys.
Rev. B 2008
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Plan

• Histoire et vie quotidienne
• Matériaux et champs magnétiques
• Compréhension phénoménologique du magnétisme
• Origine quantique du magnétisme XXème siècle
• Moment orbital et spin de lélectron
• Paramagnétisme, Ferromagnétisme,
• Des matériaux magnétiques, partout et depuis
  longtemps
• Magnétisme à lINSP 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 linformation)?
• systèmes hybrides ferromagnétique/semiconducteur
  
• MnAs TMR
• rendre les semiconducteurs magnétiques
• GaMnAs
• Manipulation du magnétisme
• Magnétisme ultime

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Manipulation de laimantation

• Semiconducteurs ferromagnétiques (Ga,Mn)As1-xPx
• direction de laimantation ? information
• anisotropie magnétique complexe ? manipulation
• déclenchement et contrôle de la précession ou du
  basculement de laimantation

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Renversement daimantation température
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Renversement température contrainte
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Mn-L 3
Fe-L 3
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Magnétisme ultimeC. Testelin, M.Chamarro, B.
Eble, F. Bernardot, F. Fras, P. Desfonds
Une boîte quantique permet de stocker de
linformation à léchelle nanométrique
Système à 2 niveaux ??? ???
ex BQ InAs sur GaAs
électron
noyaux
trou
Se
St
Sn
t heure
t ?s - ms
Ensemble de spins 105
Spin unique
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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 dondes acoustiques
• ? Nouvelles méthodes de manipulation de
  laimantation dobjets nanométriques.