1 Les disques durs et les capteurs magnéto-résistifs  L’écriture des informations (disque dur)  La lecture des informations  La découverte de la magnétorésistance géante (GMR) Prix Nobel de Physique 2007  La miniaturisation grâce aux capteurs magnéto-résistifs à «GMR» J.-B. Moussy, Ecole d’été de Physique E2phy, Août  2010

2 Les disques durs et les capteurs magnéto-résistifs L’écriture des informations  Ecriture : aimanter les domaines magnétiques dans un sens ou dans l’autre à l’aide d’un champ magnétique Le disque dur : une piste magnétique constituée de domaines magnétiques Domaines d’enregistrement Tête d’écriture Bobine de courant + aimant Lignes de champ magnétique créées par le passage du courant i H Tête d’écriture Bobine de courant + aimant Lignes de champ magnétique créées par le passage du courant i H octet J.-B. Moussy, Ecole d’été de Physique E2phy, Août  2010

3 La lecture des informations Les disques durs et les capteurs magnéto-résistifs Disque dur Tête de lecture J.-B. Moussy, Ecole d’été de Physique E2phy, Août  2010

4 Les disques durs et les capteurs magnéto-résistifs La lecture des informations i  Lecture : mesure du courant induit i dans la bobine par le champ magnétique crée par chaque domaine magnétique Tête de lecture inductive Pour les «gros» domaines magnétiques : Cela marche car le signal détecté est proportionnel à la surface ! 100  m Pour les «tout» petits domaines magnétiques : Cela ne marche plus car les champs magnétiques sont trop faibles ! 100 nm 1  m J.-B. Moussy, Ecole d’été de Physique E2phy, Août  2010

5 Les disques durs et les capteurs magnéto-résistifs 1988: découverte de la magnétorésistance géante (GMR) "La magnétorésistance géante est le premier effet d'une nouvelle science qui s'appelle la spintronique" (A. Fert) Associated Press/Koji Sasahara Forschungszentrum Jülich, Germany Unité Mixte de Physique CNRS/Thalès Université Paris-Sud, Orsay P. Grünberg (à gauche) Assoc.Press/Hans Edinger Prix Nobel de Physique 2007 décerné à ALBERT FERT et PETER GRÜNBERG J.-B. Moussy, Ecole d’été de Physique E2phy, Août  2010

6 Placer sur le trajet des électrons une fine couche d’un matériau magnétique pour sélectionner une direction de spin. Trajet des électrons Seuls les électrons de spin « up » sont transmis Electrons de spin différents «up» et «down» ConducteurMatériau magnétique Les disques durs et les capteurs magnéto-résistifs La découverte de la magnétorésistance géante (GMR) Principe : J.-B. Moussy, Ecole d’été de Physique E2phy, Août  2010

7 Aimantations des deux couches opposées : aucun électron ne passe (en réalité très peu) R AP très grand ! Aimantations des deux couches alignées : seuls les électrons de spin «up» passent R P petit ! Couches : magnétique / non magnétique / magnétique Champ magnétique Qu’est-ce que la Magnétorésistance Géante (GMR) ? Les disques durs et les capteurs magnéto-résistifs J.-B. Moussy, Ecole d’été de Physique E2phy, Août  2010

8 Champ magnétique crée par les domaines Les disques durs et les capteurs magnéto-résistifs Capteurs magnéto-résistifs à GMR  Lecture : mesure de la variation de la résistance électrique (R) du capteur sous l’effet du champ magnétique créé par les domaines magnétiques R 100 nm J.-B. Moussy, Ecole d’été de Physique E2phy, Août  2010

9  Révolution dans les capacités de stockage des données Les disques durs et les capteurs magnéto-résistifs Capteurs magnéto-résistifs à GMR Disque dur en 1980  4 Mo une photo ! Disque dur en 2008  500 Go Plusieurs centaines de milliers de photos ! Introduction des têtes de lecture à GMR en 1997 Disque dur en 1996  500 Mo quelques centaines de photos ! J.-B. Moussy, Ecole d’été de Physique E2phy, Août  2010

10 Les disques durs et les capteurs magnéto-résistifs Concevoir les multi-couches magnétiques J.-B. Moussy, Ecole d’été de Physique E2phy, Août  2010 Fe, Co, Mn, … Oxygen Molecular Beam Epitaxy (MBE) Co  -Al 2 O 3 CoFe 2 O 4  -Al 2 O 3 [111] [110] A. V. Ramos et al., Applied Physics Letter 91, (2007) Epaisseur ~ 8 nm