Journées hors-murs 2010

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

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 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

3. ? Matériaux et champs magnétiquesCompréhension phénoménologique du magnétisme 1820 Oersted Ampère 18ème siècle

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

5. Paramagnétisme Matériaux paramagnétiques À température ambiante  400 Tesla pour saturer l’aimantation!

6. Paramagnétisme / Ferromagnétisme Ferromagnétisme Paramagnétisme

7. M H H Ferromagnétisme 500µm Paroi magnétique Échange + anisotropie Renversement d’aimantation

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

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

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

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. 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)‏

14. Nanofils de cobalt dans la cérine 3 nm 5 nm ┴ fil // fil Schio, Vidal, Zheng et al. Phys. Rev. submitted

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

16. Fe/ZnSe + Ab initio avec Fabio

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 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

18. IntégrabilitéStockage et traitement de l’information Stockage non volatile de l’information Matériaux magnétiques Traitement de l’information Circuits logiques semiconducteurs • Nouvelles architectures associant mémoire et logique • Systèmes hybrides:ferromagnétique/semiconducteur • MnAs TMR • Rendre les semiconducteurs magnétiques • GaMnAs

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. Mn Mn + (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 paroi S. Parkin IBM

21. M Largeur de paroi (Ga,Mn)As: un semiconducteur ferromagnétiqueCollaborations au sein de l’INSPC. 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

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 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

23. Manipulation 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+Hint DM

24. H = 0 Renversement d’aimantation : température

25. Renversement température : contrainte

26. 1μm 1μm M ki Mn-L 3 Fe-L 3

27. Magnétisme ultimeC. Testelin, M.Chamarro, B. Eble, F. Bernardot, F. Fras, P. Desfonds Une boîte quantique permet de stocker de l’information à l’échelle 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

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 d’ondes acoustiques •  Nouvelles méthodes de manipulation de l’aimantation d’objets nanométriques.