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

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

2 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

3 ? Matériaux et champs magnétiques Compréhension phénoménologique du magnétisme 1820 Oersted Ampère 18 ème siècle

4 L + S = J moment magnétique déterminé par J L ° S L et S peuvent interagir Origine quantique du magnétisme: XX ème siècle Moment magnétique orbital et moment magnétique de spin

5 Matériaux paramagnétiques À température ambiante 400 Tesla pour saturer laimantation! Paramagnétisme

6 Paramagnétisme / Ferromagnétisme Paramagnétisme Ferromagnétisme

7 M H Paroi magnétique Échange + anisotropie Renversement daimantation 500µm H

8 Mécanique quanto-relativiste Orbite et spin des électrons Echange Domaines magnétiques Rémanence Matériaux magnétiques, partout et depuis longtemps

9 Mécanique quanto-relativiste Orbite et spin des électrons Echange Domaines magnétiques Rémanence Matériaux magnétiques, partout et depuis longtemps

10 300 nm Matériaux magnétiques, partout et depuis longtemps boussole moteur haut-parleur Enregidstrement magnétique actionneur magnétique transformateur encodeur magnétique

11 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

12 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

13 Confinement propriétés magnétiques ; Resp.: Yunlin Zheng, Franck Vidal Co nanowires in PLD grown CeO 2 /SrTiO 3 (001) Nano-objets Nano-objets Nanofils de cobalt dans la cérine

14 Nanofils de cobalt dans la cérine 3 nm5 nm // fil fil Schio, Vidal, Zheng et al. Phys. Rev. submitted

15 Réactivité dinterface. Structure et contraintes épitaxiales. Electronique et magnétisme à linterface. Anisotropie magnétique Conséquences pour le transport Fe / ZnSe / GaAs(001) : 1, 3, 5 et 7 ML Interfaces/surfaces

16 + Ab initio avec Fabio Fe/ZnSe

17 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

18 Intégrabilité Stockage et traitement de linformation Nouvelles architectures associant mémoire et logique Systèmes hybrides:ferromagnétique/semiconducteur MnAs TMR Rendre les semiconducteurs magnétiques GaMnAs Stockage non volatile de linformation Matériaux magnétiques Traitement de linformation Circuits logiques semiconducteurs

19 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 Chazelas PRL 1988 Thèse de Vincent Garcia

20 (Ga,Mn)As: un semiconducteur ferromagnétique Collaborations au sein de lINSP GaMnAs système semiconducteur et magnétique Recherche dune température de Curie élevée actuellement -100°C Semiconducteurs magnétiques dilués : un ferromagnétisme particulier Propagation de parois de domaines Paramètres: largeur de paroi Mn + S. Parkin IBM

21 (Ga,Mn)As: un semiconducteur ferromagnétique Collaborations au sein de lINSP C. Gourdon, V. Jeudy, H.J. von Bardeleben, C. Testelin, F. Bernardot thèses: 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) Largeur de paroi A. Dourlat et al. Phys. Rev. B 2007 C. Gourdon et al. Phys. Rev. B K. Khazen et al. Phys. Rev. B 2008

22 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

23 Manipulation de laimantation Semiconducteurs ferromagnétiques (Ga,Mn)As 1-x P x direction de laimantation information anisotropie magnétique complexe manipulation déclenchement et contrôle de la précession ou du basculement de laimantation H 0 +H int M

24 H = 0 Renversement daimantation : température

25 Renversement température : contrainte

26 1μm1μm 1μm1μm Mn-L 3 M kiki Fe-L 3

27 Une boîte quantique permet de stocker de linformation à léchelle nanométrique ex : BQ InAs sur GaAs électron trou noyaux SeSe StSt SnSn t s - ms t heure Spin unique Ensemble de spins ~10 5 Magnétisme ultime C. Testelin, M.Chamarro, B. Eble, F. Bernardot, F. Fras, P. Desfonds Système à 2 niveaux

28 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.


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