Sujets de Master 2015

Sujets de Master 2015
[1] Modélisation du renversement de l'aimantation induit par couples spin-orbite
[2] Oscillations microondes induite par un courant polarisé en spin
[3] Nanoparticules magnétiques pour la destruction de cellules cancéreuses - déclenchement de
l'apoptose des cellules cancéreuses
[4] Modélisation des dispositifs pour l'électronique de spin : dynamique de paroi de domaine
magnétique dans des nanofils à section circulaire
[5] Mesures Temps Réel de Commutation dans Cellule Mémoire Magnétique
[6] Stockage multiniveaux dans des mémoires magnétiques à écriture assistée thermiquement en
configuration vortex
[7] Mesure du couplage dynamique par un pur courant de spin
[8] Miniaturisation extrême de mémoires STT-MRAM : couche de stockage à anisotropie de forme
perpendiculaire
[9] Influence des contraintes sur les propriétés de mémoires et capteurs de champ magnétique à
base de jonctions tunnel magnétiques magnétostrictives
[10] Capteur magnétique ultra sensible pour application spatiale
[11] Intégration et étude de cellules STT-MRAM pour des applications haute vitesse et ultra-basse
consommation
[12] Etude de skyrmions dans des multicouches magnétiques ultrafines
[13] Caractérisation de la dynamique de l'aimantation induite par le couple de spin-orbite dans des
jonctions tunnel magnétiques à trois terminaux
[14] Caractérisation des couples de spin-orbite dans des couches magnétiques à fort couplage
spin-orbite
[15] Capteur magnétique perpendiculaire haute sensibilité à déplacement de parois
Sujet 1
Modélisation du renversement de l'aimantation induit par couples spin-orbite
Résumé :
L'utilisation des couples spin-orbite dans la manipulation et le contrôle de l'état magnétique d'un plot ferromagnétique est devenue un domaine de
recherche très attractif ces dernières années. L'intérêt est à la fois lié à la compréhension des phénomènes multi-physiques engendrés mais aussi au
potentiel applicatif très élevé [1]. La modélisation numérique est un outil indispensable à l'étude approfondie de ces nouveaux phénomènes et leur
possible exploitation dans de futurs dispositifs.
Sujet détaillé :
Des mesures expérimentales ont montré tout récemment que l'aimantation d'un plot nanométrique peut être renversée en injectant une implusion de
courant de l'ordre de dizaines de nanosecondes [2]. Le système le plus basique se compose d'un plot ferromagnétique (Co, CoFeB) placé sur une
ligne en métal lourd (Ta, Pt,..) et couvert par une fine couche d'oxyde (AlO, MgO). L'impulsion de courant électrique est injectée dans la ligne
conductrice. Il est responsable de la création des couples spin-orbite qui agissent sur l'aimantation du plot. Cependant la structure des couples
spin-orbite est une problématique complexe (origine, amplitude, symétrie) [3]. De plus, comprendre comment ces couples affectent le mécanisme de
renversement de l'aimantation est un facteur clef pour les exploiter efficacement dans des dispositifs spintronique (mémoire ou élément logique par
exemple). Une analyse simple dans le cadre d'un modèle de type macrospin n'est pas adaptée à ce type de problème. L'objectif de ce stage consiste
à regarder de très près les différents termes des couples spin-orbite et d'étudier leur impact sur la dynamique de l'aimantation d'un plot en s'appuyant
sur la modélisation micromagnétique. Les paramètres d'excitation (champ magnétique appliqué, forme et amplitude du pulse de courant) seront variés
afin d'identifier les conditions les plus appropriées pour une commutation ultra-rapide (
Compétences requises :
physique de la matière condensée;
affinité pour la théorie et la modélisation numérique
Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Contact : Liliana PREJBEANU
DSM/INAC/SPINTEC
[email protected]
04 38 78 44 19
Sujet 2
Oscillations microondes induite par un courant polarisé en spin
Résumé :
Un concept central de la spintronique est le transfert de spin où les électrons de conduction, polarisés en spin, peuvent transférer un moment
magnétique à l'aimantation locale d'une couche fine ferromagnétique. Ce transfert de moment magnétique peut induire des oscillations d'aimantation
haute fréquence (Gigahertz) et ouvre des nouvelles possibilités pour le développement des applications microondes intégrés. SPINTEC étudie
l'opération autonome et non-autonome des tels oscillateurs à transfert de spin, d'un point de vue fondamental mais aussi en contexte des applications
potentielles. Un point d'intérêt spécifique concerne l'interaction du mode induit par le transfert de spin avec d'autres modes du nanodispositif
spintronique pouvant influer la réponse dynamique et les performances hyper fréquences comme la puissance et la largeur de raie.
TROIS SUJETS DE MASTER M1 et M2 sont proposés dans un groupe de 7 personnes afin d'étudier les excitations induites par un courant polarisé
en spin dans des dispositifs innovatifs.
Sujet détaillé :
SUJET 1 POUR M2 - MULTICOUCHES MAGNETIQUES AUTOPOLARISANTES :
Les dispositifs spintroniques actuels se composent d'un polariseur (afin de polariser en spin le courant) et d'une couche libre (dont l'aimantation oscille
suite
au
transfert
de
moment
magnétique).
Des
structures
innovatives
sont
proposées,
utilisant
des
multicouches
(ferromagnétique/non-magnétique)xN, chaque couche ferromagnétique jouant à la fois le rôle d'un polariseur (pour les couches adjacentes) et
pouvant être excitée. Le but sera d'étudier les excitations collectives non-linéaires induites par un courant polarisé en spin, afin de mieux comprendre
le rôle des interactions par transfert de spin, des interactions dipolaires et des interactions d'échange sur les spectres d'excitations et les
performances hyperfréquences.
Contacts: [email protected] (+33 4 38 78 53 44) et [email protected] (+33 4 38 78 38 70)_______________________________________
______________________________________________________________________________
SUJET 2 POUR M1 OU M2 - ETUDE PAR RESONANCE FERROMAGNETIQUE DU PARAMETRE D'ATTENUATION DES DISPOSITIFS
SPINTRONIQUES:
Le paramètre d'atténuation joue un rôle clé pour les dispositifs spintroniques, définissant par exemple le courant critique qui mène soit au
retournement de l'aimantation soit au déclenchement des oscillations entretenues. Ce paramètre d'atténuation est souvent mesuré pour les couches
ferromagnétiques isolées. Par contre il est bien connu que ce paramètre est modifié en présence d'autres couches non-magnétiques par exemple via
l'effet de spin pumping. Le but de ce stage sera de caractériser le paramètre d'atténuation par résonance ferromagnétique pour les empilements
magnétiques réels utilisés pour les mémoires magnétiques et les oscillateurs spintroniques qui sont réalisés et étudiés dans notre laboratoire.
Contacts: [email protected] (+33 4 38 78 53 44) ; [email protected] ( +33 4 38 78 58 02); [email protected] (+33 4 38 78 48
95)___________________ ______________________________________________________________________________
SUJET 3 POUR M1 - CARACTERISATION DE LA STABILITE DES OSCILLATEURS SPINTRONIQUE A BASE DE JONCTIONS TUNNEL :
Les oscillateurs spintroniques sont basés sur les jonctions tunnel magnétiques pour atteindre le niveau de puissance nécessaire. Ces jonctions tunnel
à base de couches très fines de MgO, sont très fragiles quand un courant est injecté en continue. Ce stage vise à caractériser ces oscillateurs jonction
tunnel en mode d'opération statique et dynamique afin de détereminer le seuil de stabilité. Ces études seront importantes pour opitmiser la croissance
et la nanofabrication des ces dispositifs.
Contacts: [email protected] (+33 4 38 78 53 44); [email protected] (+33 4 38 78 48 95); [email protected] (+33 4 38 78 38 70)
Compétences requises :
Etudiant(e)s motive(e)s avec bonne formation de la physique du solide et/ou des nanosciences, curieux pour explorer des nouveaux concepts et idées
à l'interface de la physique (spintronique) et des applications (oscillateurs microondes).
Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Contact : Ursula EBELS
DSM/INAC/SPINTEC
[email protected]
0438785344
Sujet 3
Nanoparticules magnétiques pour la destruction de cellules cancéreuses déclenchement de l'apoptose des cellules cancéreuses
Résumé :
Ce stage proposé à SPINTEC est centré sur l'utilisation de nanoparticules magnétiques destinées aux applications biomédicales : l'objectif est la
destruction ciblée de cellules cancéreuses, par une technique innovante. Cette approche consiste à déclencher l'apoptose de cellules cancéreuses
grâce aux vibrations de nanoparticules magnétiques attachées à leurs membranes. Cette approche est très différente de l'hyperthermie, car elle est
basée sur un effet mécanique qui modifie le transport ionique à travers la membrane cellulaire, et non pas sur un chauffage local des cellules. De plus,
le phénomène a lieu à relativement faible champ magnétique (~9mT) et basse fréquence (quelques dizaines de Hz) et permet un ciblage précis des
cellules cancéreuses.
L'étude menée à SPINTEC est centrée sur le développement de nanoparticules magnétiques dédiées à cette application, en collaboration avec deux
autres laboratoires de notre Institut (INAC) pour les aspects biologiques de l'étude : la bio-functionalisation des nanoparticules (avec le SPRAM), la
culture et le traitement des cellules cancéreuses (avec le SCIB). Le but du stage est de poursuivre l'étude de cet effet originellement observé au
Laboratoire Argonne en 2010, étudié à SPINTEC dans la thèse de Selma Leulmi (2011-2014), de l'optimiser en utilisant des nanoparticules
spécifiques préparées à SPINTEC par la technique "top-down", de démontrer qu'il fonctionne avec differents types de cellules cancéreuses, utilisant
notamment des études statistiques de cytométrie en flux. Cette étude multidisciplinaire est basée sur le savoir-faire et la complémentarité de trois
équipes : 1) SPINTEC en physique et nanotechnologie, en particulier en matériaux magnétiques nanostructurés, 2) SPrAM en biochimie et
fonctionnalisation biochimique des surfaces, 3) SCIB en biologie et ciblage des cellules cancéreuses.
Les résultats attendus sont l'optimisation et la confirmation du phénomène de déclenchement de l'apoptose des cellules cancéreuses par les
vibrations basses fréquences de micro/nanoparticules antiferromagnétiques synthétiques et/ou vortex magnétiques, ainsi que la compréhension des
mécanismes d'apoptose induits par cette méthode. L'étude sera menée in-vitro pour le moment mais devrait ensuite être poursuivie in vivo avec
l'objectif à long terme d'obtenir un traitement du cancer relativement simple, permettant de soigner les organes profonds aussi bien que superficiels,
tout en limitant les effets secondaires.
Ce stage pourra être poursuivi en thèse.
Compétences requises :
Physique et Nanosciences
Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Contact : Helene JOISTEN
DSM/INAC/SPINTEC
[email protected]
0438784292
Sujet 4
Modélisation des dispositifs pour l'électronique de spin : dynamique de paroi
de domaine magnétique dans des nanofils à section circulaire
Résumé :
Le sujet de ce stage s'inscrit dans la continuité des études menées au laboratoire sur l'influence d'un courant polarisé en spin sur l'aimantation de
structures magnétiques. Ce phénomène physique ouvre de nouveaux champs d'applications potentielles telles que les mémoires magnétiques
MRAM, des processeurs à logique magnétique reprogrammable ou les dispositifs hyperfréquence pour la téléphonie mobile, GPS et les appareils
sans fil. Le développement de dispositifs dans lesquels intervient l'action d'un courant polarisé en spin donne actuellement lieu à un soutien de
modélisation important afin d'analyser les résultats expérimentaux et de prédire les nouvelles configurations fonctionnelles.
Sujet détaillé :
Les avancés récentes dans la fabrication des nanofils magnétiques à diamètre modulable [1,2] ont permis d'envisager de créer un nouveau type de
mémoire magnétique de haut densité basé sur le réseau tridimensionnelle de fils auto organisé [Fig.1 (a)-(c)]. Du point de vue de la simulation
numérique ce type de dispositif combine plusieurs particularités (forts gradients d'aimantation et de courants, géométrie courbé etc) qui exigent
l'utilisation de modèles appropriés et de maillages non-réguliers [Fig.1(d)]. L'expérience antérieure de l'équipe dans le domaine a permis de mettre en
½uvre conjointement entre Spintec et l'Institut Néel un nouveau code numérique éléments finis permettant d'intégrer simultanément les équations de
transport polarisé en spin et les équations de micromagnétisme pour des maillages non-réguliers [3].
Dans le cadre de ce stage, le candidat va être amené à manipuler ce code afin de modéliser la dynamique de paroi de domaine magnétique sous
l'action de courant polarisé en spin dans des nanofils à section circulaire modulable. Ce travail va permettre de définir les conditions de décrochage de
la paroi, de définir les différents régimes dynamiques de propagation de la paroi (linaire, oscillant [Fig.1(e)] ou turbulents) et de calculer les vitesses de
propagation de la paroi. Ce stage permettra à l'étudiant de se sensibiliser aux concepts utilisés dans la théorie du transport dépendant de spin, à
l'approche micromagnetique et à la modélisation numérique basée sur la méthode des éléments finis. De plus l'étudiant aura l'opportunité de se
familiariser avec des logiciels scientifiques tels que Comsol, MatLab, Origin etc.
[1] H. F. Liew, S. C. Low, et W. S. Lew, J. Phys.: Conf. Series 266, 012058 (2011).
[2] S. Da Col, M. Darques, O. Fruchart, et L. Cagnon S. Da Col et al., Appl. Phys. Lett. 98, 112501 (2011).
[3] M. Sturma, J.-Ch. Toussaint, and D. Gusakova, soumis (2014).
Figure 1 : (a)-(c) Nanofils magnétiques à section circulaire [1,2]. (d) Maillage non-régulier de méthode des éléments finis. (e) Déplacement de la paroi
de domaine sous l'action de courant polarisé en spin dans un régime oscillant.
Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Contact : Daria GUSAKOVA
DSM/INAC/SPINTEC
[email protected]
0438786568
Sujet 5
Mesures Temps Réel de Commutation dans Cellule Mémoire Magnétique
Résumé :
Les mémoires magnétiques MRAM non-volatiles sont une technologie encore émergente avec le potentiel de devenir la solution de référence pour
des applications de mémoires non-volatiles. Ce type de mémoire à comme caractéristique d'associer la non-volatilité à une écriture ultra rapide
(sub-ns).
L'objectif de ce stage est de caractériser la commutation de la direction d'aimatation de couche de stockage qui code l'information. Cette mesure
permettra la validation de la vitesse de commutation des différentes concepts de cellule à aimantation planaire ou perpendiculaire. On peut alors
évaluer l'utilisation simultanée d'un courant polarisé en spin et un champ magnétique pour écrire l'orientation d'un élément mémoire MRAM. Cette
mesure permettra aussi l'observation d'effets thermoélectriques, i.e. le gradient de température entre les deux électrodes de la jonction serait à
l'origine d'une tension de bias dans la jonction.
Le travail de stage sera réalisé utilisant les moyens de test du laboratoire sur des échantillons réalisés par CROCUS Technology ou par la Plateforme
Technologique Avancé (PTA).
Sujet détaillé :
Les mémoires magnétiques MRAM non-volatiles sont une technologie encore émergente avec le potentiel de devenir la solution de référence pour
des applications de mémoires non-volatiles. Cette technologie est développée à Spintec en partenariat avec la start-up Crocus Technology. Ce type
de mémoire a comme caractéristique d'associer la non-volatilité à une écriture ultra rapide (sub-ns). Les concepts MRAM les plus avancés utilisent
des impulsions de courant pour réaliser la commutation entre deux états de résistance. La commutation de la direction de l'aimantation de la couche
de stockage résulte dans une variation de résistance de la cellule qui peut être supérieure à 100%. Quand on atteint des densités de courant de
4E6A/cm², l'effet de transfert de spin permet d'écrire le bit ‘1' ou ‘0' en fonction de la polarité du courant appliqué. Cette écriture d'un bit
peut être réalisée avec ou sans aide d'un champ magnétique externe.
L'objectif de ce stage est de caractériser en temps réel la commutation de la direction d'aimantation de la couche de stockage qui code l'information.
Cette mesure permettra la validation de la vitesse de commutation des différentes concepts de cellule à aimantation planaire ou perpendiculaire [1].
On peut alors évaluer l'utilisation simultanée d'un courant polarisé en spin et d'un champ magnétique pour écrire l'orientation d'un élément mémoire
MRAM. Cette mesure permettra aussi l'observation d'effets thermoélectriques. En effet, le gradient de température entre les deux électrodes de la
jonction pourrait être à l'origine d'une tension électrique dans la jonction, qui pourrait être mesurée par le suivi en temps réel de la tension et du
courant à travers la jonction. Cette caractérisation électrique se fera sur des testeurs automatiques existants à Spintec. Il s'agira aussi de créer des
procédures de test, permettant l'observation des commutations de résistance. Ces mesures permettent ensuite de calculer la probabilité de
retournement associé à une condition d'écriture, en particulier, pour remonter aux dispersions associées à chaque paramètre et ainsi de trouver la
fenêtre de bon fonctionnement de l'élément mémoire.
La mise en place des tests électriques sera réalisée en utilisant des programmes écrits en MATLAB. Il est souhaitable que le(a) candidat(e) possède
des connaissances élémentaires d'informatique et/ou instrumentation électrique. L'analyse des résultats nécessitera ensuite une compréhension des
phénomènes physiques mis en jeux.
Le travail de stage sera réalisé en utilisant les moyens de test du laboratoire sur des échantillons réalisés par CROCUS Technology ou par la
Plateforme Technologique Amont (PTA).
Pour plus d'informations sur nos récents résultats :
[1] L. Cuchet et al, Influence of magnetic electrodes thicknesses on the transport properties of magnetic tunnel junctions with perpendicular anisotropy,
App. Phys. Lett. (2014)
Compétences requises :
La mise en place des tests électrique sera réalisée utilisant des routines écrites en MATLAB. Il est souhaitable que le(a) candidat(e) possède des
connaissances élémentaires d'informatique et/ou instrumentation électrique.
Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Contact : Ricardo SOUSA
DSM/INAC/SPINTEC
[email protected]
0438784895
Sujet 6
Stockage multiniveaux dans des mémoires magnétiques à écriture assistée
thermiquement en configuration vortex
Résumé :
SPINTEC en collaboration avec la start-up Crocus Technology travaille depuis une dizaine d'années sur un concept de mémoires magnétiques
utilisant des jonctions tunnels magnétiques dont la configuration magnétique peut être modifiée en combinant pulse de champ magnétique et
échauffement temporaire du point (durant quelques ns). Au cours de ce stage, nous proposons d'explorer une autre approche permettant de réaliser
un stockage multiniveaux (c'est-à-dire possibilité de réaliser plus que 2 états par point mémoire) reposant sur l'utilisation de configurations vortex au
lieu de monodomaine. Le point mémoire ayant une forme ronde, l'information est ici stockée dans la position du c½ur de vortex qui peut être variée à
la fois de façon angulaire et radiale. Cette position est déterminée par la direction et l'intensité du champ appliqué pendant le refroidissement du point
mémoire lors du processus d'écriture.
Le stage comprendra à la fois une partie expérimentale, pour démontrer la possibilité de réaliser du stockage multiniveaux en utilisant des
configurations vortex, et une partie simulation micromagnétique, pour étudier les effets d'interactions entre vortex de la couche de stockage et de la
couche de référence.
Sujet détaillé :
SPINTEC en collaboration avec la start-up Crocus Technology travaille depuis une dizaine d'années sur un concept de mémoires magnétiques
utilisant des jonctions tunnels magnétiques dont la configuration magnétique peut être modifiée en combinant pulse de champ magnétique et
échauffement temporaire du point (durant quelques ns). Les jonctions tunnel sont constituées de deux couches magnétiques (stockage et référence)
séparées par une fine couche d'oxyde (barrière tunnel). Dans ces mémoires, l'information est contenue dans la configuration magnétique d'une des
couches de chaque jonction magnétique appelée couche de stockage. Habituellement, l'aimantation de cette couche de stockage est monodomaine
et peut prendre deux orientations opposées représentant les « 0 » et « 1 » logiques. Au cours de ce stage, nous proposons d'explorer une autre
approche permettant de réaliser un stockage multiniveaux (c'est-à-dire possibilité de réaliser plus que 2 états par point mémoire) reposant sur
l'utilisation de configurations vortex au lieu de monodomaine. Le point mémoire ayant une forme ronde, l'information est ici stockée dans la position du
c½ur de vortex qui peut être variée à la fois de façon angulaire et radiale. Cette position est déterminée par la direction et l'intensité du champ
appliqué pendant le refroidissement du point mémoire lors du processus d'écriture. La lecture s'effectue en utilisant le phénomène de
magnétorésistance tunnel qui permet de détecter la position du c½ur de vortex en utilisant une couche de référence douce elle-même en configuration
vortex. Sous l'effet d'un champ tournant, le vortex de la couche de référence effectue un mouvement gyrotropique. Lorsque les deux vortex de la
couche de stockage et de référence sont face à face, un minimum de résistance tunnel est observé indiquant la position du c½ur de vortex de la
couche de stockage.
Le stage comprendra à la fois une partie expérimentale et une partie simulation micromagnétique. La partie expérimentale consistera à démontrer la
possibilité de réaliser du stockage multiniveaux en utilisant des configurations vortex. La partie simulation permettra d'étudier les effets d'interactions
entre vortex de la couche de stockage et de la couche de référence et l'impact de ces interactions sur le processus d'écriture et de lecture.
Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Contact : Ricardo SOUSA
DSM/INAC/SPINTEC
[email protected]
0438784895
Sujet 7
Mesure du couplage dynamique par un pur courant de spin
Résumé :
Le but de ce stage sera de mesurer la dynamique couplée transmise par un pur courant de spin entre deux isolants magnétiques connectés par un
métal normal.
Sujet détaillé :
Un des champs potentiels des nano-objets magnétiques sont les technologies de la communication où le magnétisme est utilisé ici pour ses
propriétés non-réciproques, sa grande accordabilité combinée à une très forte sélectivité. Les propriétés attendus dépendent grandement du choix du
matériau. Jusqu'à présent les meilleurs résultats ont été obtenus avec le grenat d'yttrium (YIG) que l'on retrouve dans de nombreux composant
hyper-fréquence haut de gamme. La France a dans ce domaine un savoir-faire unique dans la fabrication de film mince de YIG de très bonne qualité
dynamique. Très récemment, les premiers dispositifs nano-métriques à base de YIG sont apparus ouvrant un très grand champ d'applications
potentiels pour l'industrie de la communication sans fil. Nous proposons un stage sur l'étude des propriétés dynamiques de ces nano-objets. Le
stagiaire disposera donc d'une source de film mince de YIG enviée dans le monde entier. Son but sera de les lithographier en utilisant la plateforme
de fabrication PTA de Grenoble. Nous envisagerons ensuite des mesures fondamentales sur le comportement dynamique de ces nano-objets
lorsqu'ils sont insérés dans un dispositif électronique. En particulier on s'intéressera au couplage dynamique transmis par un pur courant de spin
s'écoulant dans le métal normal. Le but sera de comprendre les phénomènes physiques de base permettant de contrôler électroniquement la
dynamique de ces nano-objets.
Contacts: [email protected] ( +33 4 38 78 58 02); [email protected] (+33 4 38 78 53 44) ;
Compétences requises :
Etudiant(e)s motive(e)s avec bonne formation de la physique du solide et/ou des nanosciences, curieux pour explorer des nouveaux concepts et idées
à l'interface de la physique (spintronique) et des applications (composants microondes).
Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Contact : Ursula EBELS
DSM/INAC/SPINTEC
[email protected]
0438785344
Sujet 8
Miniaturisation extrême de mémoires STT-MRAM : couche de stockage à
anisotropie de forme perpendiculaire
Résumé :
La plupart des efforts de développements actuels des STT-MRAM est centré sur des jonctions tunnels magnétiques à aimantation hors du plan. Les
derniers empilements mis au point utilisent avantageusement l'anisotropie perpendiculaire induite aux interfaces magnétiques métal / oxydes,
phénomène découvert à Spintec en 2002 [1] et revisité récemment. Cette anisotropie interfaciale permet de réconcilier la forte anisotropie demandée
pour assurer une rétention suffisante de la mémoire ainsi qu'une faible densité de courant de retournement STT grâce au couplage spin-orbite faible.
Cependant, pour des cellules mémoire de taille inférieure à 20nm, il est difficile d'atteindre une rétention de 10 ans à 100°C en utilisant uniquement
l'anisotropie interfaciale. Pour augmenter encore plus l'anisotropie magnétique, ceci impose l'utilisation de couches magnétiques de CoFeB
ultraminces (épaisseur inférieure à 1.4nm) qui présentent un coefficient d'amortissement Gilbert augmenté ainsi qu'une magnétorésistance tunnel
TMR réduite. Pour des n½uds technologiques inférieurs à 20nm, des nouveaux matériaux présentant une forte anisotropie magnétocrystalline et faible
coefficient d'amortissement doivent être trouvés, comme par exemple les alliages de Heussler. De plus, l'anisotropie interfaciale est très sensible aux
propriétés structurelles et chimiques aux interfaces entre les métaux magnétiques et la barrière tunnel de MgO. Avec des techniques de
nanofabrication conventionnelles, ces interfaces peuvent être endommagées durant notamment l'étape de gravure, ce qui conduit à une variabilité
importante de cellule à cellule.
Sujet détaillé :
Pour résoudre ce genre de problèmes pour des cellules STT-MRAM de tailles très petites, nous proposons l'utilisation d'empilements jonctions tunnel
magnétiques dans lesquels l'anisotropie de la couche de stockage est contrôlée uniquement par son anisotropie de forme hors du plan. Ceci donne
notamment une couche de stockage de forme cylindrique avec un aspect de forme suffisamment large (rapport entre épaisseur de la couche de
stockage et diamètre de la cellule magnétique supérieur à 1). De cette façon, uniquement pour des considérations d'ordre magnétostatique,
l'aimantation de la couche de stockage sera orientée perpendiculairement au plan de la cellule. Dans cette approche, la géométrie planaire classique
des couches minces est ainsi remplacée par une géométrie tridimensionnelle. Cette approche innovante a plusieurs avantages: i) elle génère une
source fiable et robuste d'anisotropie perpendiculaire, beaucoup moins sensible aux défauts; ii) permet d'utiliser des matériaux connus et facile à
déposer, avec des coefficients d'amortissement faibles, comme le Permalloy, en combinaison avec du CoFeB aux interfaces avec la barrière tunnel de
MgO et iii) donne une approche miniaturisable car le même matériau peut être utilisé pour des n½uds technologiques très petits. Pour valider la
faisabilité de ce concept, l'étudiant en stage effectuera les études suivantes: i) (a) l'étude des différents états micromagnétiques de ces couches
magnétiques, en fonction de l'aspect de forme de façon à déterminer les conditions nécessaires pour une rétention appropriée et un faible courant
d'écriture STT ; (b) évaluer la dépendance du coefficient d'amortissement en fonction de l'épaisseur de la couche magnétique. Le candidat mesurera
d'abord es couches minces d'épaisseur variable soit en CoFeB, soit CoFeB/Ta/CoFe adaptées à des empilements de type jonctions tunnel
magnétiques à base de MgO. (c) Déterminer la faisabilité du concept en fonction de la variabilité attendue au niveau process (taille latérale, éllipticité,
épaisseur). Cette étude sera menée tout d'abord par des simulations micromagnétiques et confrontée ensuite à des résultats expérimentaux sur les
piliers de type jonctions tunnel magnétique obtenus en salle blanche
Ce stage peut être poursuivi en thèse.
contacts: Lucian Prejbeanu ([email protected]), tél : 04 38 78 91 43; Liliana Buda-Prejbeanu ([email protected]), tél : 04 38 78 03 24,
Bernard Dieny ([email protected]) tél : 04 38 78 38 70
Compétences requises :
physique du solide, magnétisme
Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Contact : Ioan-Lucian PREJBEANU
DSM/INAC/SPINTEC
[email protected]
04 38 78 91 43
Sujet 9
Influence des contraintes sur les propriétés de mémoires et capteurs de champ
magnétique à base de jonctions tunnel magnétiques magnétostrictives
Résumé :
Les matériaux magnétiques magnétostrictifs présentent une variation de leurs propriétés magnétiques, en particulier de leur anisotropie magnétique,
en fonction des contraintes qu'ils subissent. Cet effet peut être source de variabilité dans des applications de type mémoires ou capteurs dans
lesquelles les contraintes générées au cours de la fabrication des dispositifs peuvent varier spatialement d'un point à l'autre du substrat. Les couches
magnétiques constituant ces MTJ peuvent être plus ou moins magnétostrictives suivant leur composition (alliages à base de Co, Fe, B). Le but du
stage sera d'étudier la magnétostriction de ces alliages pour diverses compositions et de la minimiser pour les applications mémoires et capteurs. Des
mesures magnéto-optiques sous contrainte seront effectuées pour caractériser l'influence des contraintes sur l'anisotropie magnétique et les
propriétés d'hystérésis magnétiques des couches. L'impact de la magnétostriction sera étudié sur la variabilité des propriétés de point mémoire à point
mémoire sur des matrices de points mémoire de 1Kbit ainsi que sur des capteurs de champ magnétique fabriqués par Crocus Technology.
Sujet détaillé :
Les matériaux magnétiques magnétostrictifs présentent une variation de leurs propriétés magnétiques, en particulier de leur anisotropie magnétique,
en fonction des contraintes qu'ils subissent. Cet effet peut être utilisé pour réaliser des capteurs de contrainte mais au contraire peut être source de
variabilité dans des applications de type mémoires ou capteurs dans lesquelles les contraintes générées au cours de la fabrication des dispositifs
peuvent varier spatialement d'un point à l'autre du substrat. SPINTEC en collaboration avec la start-up Crocus Technology développe depuis une
dizaine d'années des mémoires et capteurs à base de jonctions tunnel magnétiques (MTJ). Les couches magnétiques constituant ces MTJ peuvent
être plus ou moins magnétostrictives suivant leur composition (alliages essentiellement à base de Co, Fe, B). Le but du stage sera d'étudier la
magnétostriction de ces alliages pour diverses compositions et de la minimiser pour les applications mémoires et capteurs. Des mesures
magnéto-optiques sous contrainte seront effectuées pour caractériser l'influence des contraintes sur l'anisotropie magnétique et les propriétés
d'hystérésis magnétiques des couches. L'impact de la magnétostriction sera étudié sur la variabilité des propriétés de point mémoire à point mémoire
sur des matrices de points mémoire de 1Kbit ainsi que sur des capteurs de champ magnétique fabriqués par Crocus Technology.
Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Contact : Ricardo SOUSA
DSM/INAC/SPINTEC
[email protected]
0438784895
Sujet 10
Capteur magnétique ultra sensible pour application spatiale
Résumé :
Les capteurs magnétiques utilisés actuellement lors de missions spatiales sont des capteurs inductifs dont la très haute sensibilité est cependant
obtenue au prix d'un encombrement et d'une masse (150 g/axe) importants, augmentant d'autant le coût de sa mise en orbite. La recherche
systématique de solutions pour les réduire a été menée depuis de nombreuses années, mais on atteint aujourd'hui une limite et aucun progrès
significatif n'est plus envisageable sans un changement radical de technologie. L'utilisation de composants issus de l'électronique de spin permettrait
de franchir un cap très important dans la réduction des dimensions et de la masse des capteurs magnétiques vectoriels, pour peu qu'ils atteignent la
sensibilité souhaitée.
Notre objectif est de développer un capteur magnétique ultra-sensible qui combinera une architecture innovante et un élément magnétorésistif bas
bruit dont le concept est issu d'une découverte faite au laboratoire.
Le travail expérimental consistera en la fabrication du dispositif par les techniques de microfabrication et par des mesures fines de bruit électrique ; la
composition du dispositif sera optimisée en fonction des résultats obtenus.
Sujet détaillé :
Les capteurs magnétiques utilisés actuellement lors de missions spatiales sont des capteurs inductifs dont la très haute sensibilité est cependant
obtenue au prix d'un encombrement et d'une masse (150 g/axe) importants, augmentant d'autant le coût de sa mise en orbite. La recherche
systématique de solutions pour les réduire a été menée depuis de nombreuses années, mais on atteint aujourd'hui une limite et aucun progrès
significatif n'est plus envisageable sans un changement radical de technologie. L'utilisation de composants issus de l'électronique de spin permettrait
de franchir un cap très important dans la réduction des dimensions et de la masse des capteurs magnétiques vectoriels, pour peu qu'ils atteignent la
sensibilité souhaitée.
Notre objectif est de développer un capteur magnétique ultra-sensible qui combinera une architecture innovante et un élément magnétorésistif bas
bruit dont le concept est issu d'une découverte faite au laboratoire.
Le travail expérimental consistera en la fabrication du dispositif par les techniques de microfabrication et par des mesures fines de bruit électrique ; la
composition du dispositif sera optimisée en fonction des résultats obtenus.
Diminuer le bruit intrinsèque du capteur est le principal verrou technologique de ce projet. Pour atteindre de très faibles niveaux de bruit,
principalement d'origine magnétique, nous nous appuierons sur trois innovations clés :
- une polarisation du circuit magnétique par un champ magnétique alternatif à une fréquence où le bruit est minimum, c'est-à-dire au-delà de la région
où il varie selon une loi en 1/f. Ceci devrait permettre une diminution de plusieurs ordres de grandeur du bruit à basse fréquence.
- l'utilisation de matériaux magnétiques innovants pour le CM caractérisés par une grande linéarité, une très faible hystérésis et une structure en
domaine maitrisée : des multicouches magnétiques douces telle que des couches épaisses de NiFe feuilletées et des multicouches NiFe/Ru/NiFe à
couplage antiferromagnétique; des films magnétiques épais (15 μm) à base d'amorphe de type MetGlas.
- Une géométrie de la JTM optimisée caractérisée par de grandes surfaces effectives (>1000 μm²) couplées à de fortes épaisseurs de couches
magnétiques douces (100 nm) permettant de diminuer fortement le bruit 1/f magnétique.
- L'utilisation de l'effet de transfert de spin pour diminuer le bruit d'origine magnétique en ajoutant une couche polarisante à la jonction tunnel, selon un
brevet déposé par SPINTEC [1].
Compétences requises :
physique du solide
Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Contact : Claire BARADUC
DSM/INAC/SPINTEC
[email protected]
0438784235
Sujet 11
Intégration et étude de cellules STT-MRAM pour des applications haute vitesse
et ultra-basse consommation
Résumé :
Afin de surmonter les limites en termes de miniaturisation et consommation des circuits logiques actuels, l'industrie des semi-conducteurs intègre de
plus en plus de composants mémoires non-volatiles à l'intérieur de ces puces. Parmi celles-ci, les mémoires magnétiques STT-MRAM sont les plus
prometteuses. L'attractivité de cette technologie innovante vient de par sa très haute vitesse de programmation (GHz) et son endurance infinie. Les
applications envisagées sont les intégrations de type « memory-in-logic » permettant des applications ultra basse consommation à démarrage
instantané « instant-on ». Cependant d'importants challenges technologiques pour la réalisation de ces structures doivent être relevés notamment en
termes d'intégration et de caractérisation avec la logique.
Sujet détaillé :
L'objectif de ce stage est de réaliser et d'étudier des mémoires STT-MRAM intégrés sur des transistors.
Le travail s'articulera ainsi autour de 2 axes :
- (1) Réalisation et suivi de fabrication de mémoires STT-MRAM intégrées sur transistor. Avec l'aide de l'expertise du Laboratoire Composants
Mémoires et les moyens de fabrication des salles blanches du LETI, le candidat réalisera les dispositifs. Au sein de l'équipe mémoire, le candidat
proposera des optimisations en étroite collaboration avec les experts technologiques du LETI et SPINTEC.
- (2) Caractérisation électriques des cellules mémoires STT-MRAM et structures associés. Développement de tests et de procédures adaptés à ces
cellules. La vitesse de commutation, la consommation ainsi que la fiabilité seront étudiées sur des structures de type 1R et 1T-1R.
Unité d'accueil CEA-LETI - DRT/DCOS/SCME/LCM
Contacts : Etienne Nowak - LETI ([email protected])
Ricardo Sousa ([email protected])
Lucian Prejbeanu ([email protected]),
Compétences requises :
microélectronique, physique du solide
Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Contact : Ioan-Lucian PREJBEANU
DSM/INAC/SPINTEC
[email protected]
04 38 78 91 43
Sujet 12
Etude de skyrmions dans des multicouches magnétiques ultrafines
Résumé :
La découverte récente de nouvelles structures magnétiques de tailles nanométriques, dénommées skyrmions magnétiques, suscite actuellement un
intérêt considérable. Ces structures sont protégées topologiquement et faiblement sensibles aux défauts locaux dans le matériau. Leur stabilité, leur
taille très petite (typiquement de l'ordre de la dizaine de nm) et le fait qu'elles peuvent être bougées par des courants de très faibles densités rendent
ces structures très prometteuses comme porteuses d'information dans des technologies mémoires à très haute densité. Dans ce stage, nous
proposons d'étudier la formation de skyrmions dans des multicouches magnétiques ultrafines déposées par pulvérisation cathodique de structure type
métal lourd/métal ferromagnétique ultrafines telle que Pt/Co/AlOx , dont les propriétés magnétiques semblent être compatibles avec la formation de
skyrmions magnétiques. Le stage s'appuiera sur l'ensemble des méthodes et techniques expérimentales utilisées pour la mise au point et la
caractérisation de dispositifs spintronique : dépôt par pulvérisation cathodique, caractérisation magnétique, nanofabrication, caractérisation par
magnéto-transport et par microscopie magnétique (MFM).
Sujet détaillé :
La découverte récente de nouvelles structures magnétiques de tailles nanométriques, dénommées skyrmions magnétiques, suscite actuellement un
intérêt considérable. Les skyrmions magnétiques sont des textures de l'aimantation qui ne peuvent être déformées de manière continue vers l'état
ferromagnétique uniforme sans causer une singularité (Fig.1). Ils sont ainsi protégés topologiquement et faiblement sensibles aux défauts locaux dans
le matériau. Leur stabilité, leur taille très petite (typiquement de l'ordre de la dizaine de nm) et le fait qu'ils peuvent être bougés par des courants de
très faibles densités rendent ces structures très prometteuses comme porteurs d'information dans des technologies mémoires à très haute densité.
Les premières observations expérimentales de skyrmions magnétiques ont été effectuées dans des matériaux relativement épais (>50 nm) dans
lesquelles la structure cristalline est caractérisée par l'absence de symétrie d'inversion. Cela entraîne un terme supplémentaire dans l'interaction
d'échange, dénommée interaction Dzyaloshinskii-Moriya (DM) qui tend à faire tourner l'aimantation autour d'un vecteur caractéristique D et est à
l'origine de la formation de skyrmions magnétiques. Ces skyrmions ne sont cependant observés que sous forme de réseaux organisés dans ces
matériaux empêchant leur manipulation individuelle et sous certaines conditions de champ magnétique et de températures.
Récemment des premières observations de skyrmions magnétique isolés et leur manipulation par un courant ont été reportées dans des bicouches
magnétiques ultrafines épitaxiées Ir/FePd en présence d'un champ magnétique et à basse température . Dans ce cas, l'interaction DM provient de la
rupture de symétrie d'inversion liée à la présence de l'interface. Ces conditions expérimentales sont cependant peu compatibles avec des contraintes
industrielles dans l'optique de dispositifs mémoires. Dans ce stage, nous proposons d'étudier la formation de skyrmions dans des multicouches
ultrafines déposées par pulvérisation cathodique de structure type métal lourd/métal ferromagnétique ultrafines tel que Pt/Co/AlOx . Ces structures ont
l'avantage d'être très versatiles, leurs propriétés magnétiques pouvant être modifiées en jouant sur la nature des matériaux, leurs épaisseurs, et les
conditions de dépôts. Des mesures ont par ailleurs démontré que de fortes interactions DM dans ces matériaux. La méthode de dépôt par
pulvérisation cathodique a par ailleurs l'avantage d'être pleinement compatibles avec des contraintes industrielles.
Le stage s'appuiera sur l'ensemble des méthodes et techniques expérimentales utilisés pour la mise au point et la caractérisation de dispositifs
spintronique : dépôt par pulvérisation cathodique des multicouches ultra-fines et la caractérisation de leurs propriétés magnétiques par des méthodes
de magnétométrie, puis nanofabrication de nanostructures découpées dans ces couches par lithographie électroniques et gravure ionique. La
nanofabrication sera effectuée à la plateforme de nanofabrication PTA située dans le même bâtiment que le laboratoire Spintec. Les nanostructures
seront ensuite caractérisées par des méthodes de magnéto-transport et par microscopie magnétique (MFM), afin de mettre en évidence la nucléation
de skyrmions isolés et leur structure magnétique.
Compétences requises :
Master 2 physique, préférentiellement nanosciences, physique du solide. Connaissances de base en magnétisme et physique du solide.
Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Contact : Olivier BOULLE
DSM/INAC/SPINTEC
[email protected]
0438782156
Sujet 13
Caractérisation de la dynamique de l'aimantation induite par le couple de
spin-orbite dans des jonctions tunnel magnétiques à trois terminaux
Résumé :
La consommation statique et dynamique croissante dans les mémoires DRAM et SRAM pose des difficultés de plus en plus insurmontables à mesure
que la taille des transistors diminue. Nous avons récemment proposé un nouveau concept de mémoires magnétiques non-volatiles, dénommées
SOT-RAM qui apparaît comme une alternative sérieuse aux DRAM et SRAM L'écriture du bit est basée sur la découverte qu'un courant s'écoulant
dans un métal lourd, tel que Pt ou Ta en contact avec une couche magnétique, peut exercer un couple dit de « spin-orbite » sur l'aimantation et
renverser sa direction. Nous avons récemment fabriqué une cellule élémentaire de SOT-RAM et démontrer les fonctionnalités élémentaires de lecture
et d'écriture. L'objectif de ce stage sera de caractériser la dynamique de retournement de l'aimantation induite par des impulsions de courant à des
échelles de temps ns, afin d'évaluer le temps minimal d'écriture ainsi que l'énergie nécessaire. Le stage incluera des mesures de magnéto-transport
haute-fréquence ainsi que des simulations numériques pour analyser les résultats.
Sujet détaillé :
La découverte récente qu'un courant polarisé en spin peut retourner l'aimantation d'un nanoaimant a ouvert de nouvelles voies pour manipuler
l'aimantation aux échelles nanométriques. Ce phénomène est basé sur l'effet de transfert de spin où le courant de spin traversant le nanoaimant est
transféré à l'aimantation entraînant un couple à l'origine du retournement. Le transfert de spin est à la base des mémoires magnétiques non-volatiles
STT-RAM, dont l'élément mémoire est composé d'une jonction tunnel magnétique (cf Fig.1(a)). Cette mémoire combine non-volatilité, grande densité
et rapidité d'écriture et de lecture et est considérée actuellement comme un candidat sérieux pour le remplacement non-volatile des mémoires DRAM
et caches SRAM aux noeuds technologiques les plus avancés. Celles-ci se heurtent en effet à des difficultés technologiques de plus en plus
insurmontables à mesure que la taille des transistors diminue, liées à une consommation statique et dynamique très importante. Cependant, un des
problèmes actuels des STT-RAM est que des densités de courant très élevées sont nécessaires lors de l'écriture, ce qui entraîne un vieillissement
accéléré de la barrière tunnel à l'origine de problèmes importants de fiabilité. Nous avons récemment déposé trois brevets pour protéger un nouveau
concept de mémoires magnétiques, dénommées SOT-RAM, qui permet de s'affranchir naturellement des limitations des STT-RAMs actuelles.
Contrairement à la STT-RAM, le courant est injecté dans l'électrode inférieure de la JTM, composée d'un matériau lourd, tel que le Pt ou le Ta. Lors
de l'injection de courant, le fort couplage spin-orbite entraîne une déviation des électrons de conduction vers le haut ou vers le bas suivant la direction
de leur spin (cf Fig.1 (b)) [1]. Un courant de spin perpendiculaire est ainsi créé et va exercer un couple sur l'aimantation et entraîner son retournement.
Ainsi, le courant ne passant plus dans la barrière tunnel, les problèmes de fiabilités observés dans les STT-MRAM sont naturellement résolus. Par
ailleurs, le renversement semble être beaucoup plus rapide (
Compétences requises :
Master 2 en physique; préférentiellement nanoscience/physique du solide. Connaissance de base en magnétisme et physique du solide
Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Contact : Olivier BOULLE
DSM/INAC/SPINTEC
[email protected]
0438782156
Sujet 14
Caractérisation des couples de spin-orbite dans des couches magnétiques à
fort couplage spin-orbite
Résumé :
La consommation statique et dynamique croissante dans les mémoires DRAM et SRAM pose des difficultés de plus en plus insurmontables à mesure
que la taille des transistors diminue. Nous avons récemment proposé un nouveau concept de mémoires magnétiques non-volatiles, dénommées
SOT-RAM qui apparaît comme une alternative sérieuse aux DRAM et SRAM L'écriture du bit est basée sur la découverte qu'un courant s'écoulant
dans un métal lourd, tel que Pt ou Ta en contact avec une couche magnétique, peut exercer un couple dit de « spin-orbite » (SOT) sur l'aimantation et
renverser sa direction L'objectif de ce stage sera de mieux comprendre l'origine physique de ces SOT afin, dans un second temps, d'optimiser les
dispositifs, notamment dans le but de diminuer les courants de renversement de l'aimantation. Le stage s'appuiera sur des couches magnétiques
caractérisées par un fort couplage spin-orbite et dans lesquels on peut s'attendre à un fort couple SOT.
Sujet détaillé :
La découverte récente qu'un courant polarisé en spin peut retourner l'aimantation d'un nanoaimant a ouvert de nouvelles voies pour manipuler
l'aimantation aux échelles nanométriques. Ce phénomène est basé sur l'effet de transfert de spin où le courant de spin traversant le nanoaimant est
transféré à l'aimantation entraînant un couple à l'origine du retournement. Le transfert de spin est à la base des mémoires magnétiques non-volatiles
STT-RAM, dont l'élément mémoire est composé d'une jonction tunnel magnétique (cf Fig.1(a)). Cette mémoire combine non-volatilité, grande densité
et rapidité d'écriture et de lecture et est considérée actuellement comme un candidat sérieux pour le remplacement non-volatile des mémoires DRAM
et caches SRAM aux noeuds technologiques les plus avancés. Celles-ci se heurtent en effet à des difficultés technologiques de plus en plus
insurmontables à mesure que la taille des transistors diminue, liées à une consommation statique et dynamique très importante. Cependant, un des
problèmes actuels des STT-RAM est que des densités de courant très élevées sont nécessaires lors de l'écriture, ce qui entraîne un vieillissement
accéléré de la barrière tunnel à l'origine de problèmes importants de fiabilité. Nous avons récemment déposé trois brevets pour protéger un nouveau
concept de mémoires magnétiques, dénommées SOT-RAM, qui permet de s'affranchir naturellement des limitations des STT-RAMs actuelles.
Contrairement à la STT-RAM, le courant est injecté dans l'électrode inférieure de la JTM, composée d'un matériau lourd, tel que le Pt ou le Ta. Lors
de l'injection de courant, le fort couplage spin-orbite entraîne une déviation des électrons de conduction vers le haut ou vers le bas suivant la direction
de leur spin (cf Fig.1 (b)) [1]. Un courant de spin perpendiculaire est ainsi créé et va exercer un couple sur l'aimantation et entraîner son retournement.
Ainsi, le courant ne passant plus dans la barrière tunnel, les problèmes de fiabilités observés dans les STT-MRAM sont naturellement résolus.
L'objectif de ce stage sera de mieux comprendre l'origine physique de ces SOT afin, dans un second temps, d'optimiser les dispositifs, notamment
dans le but de diminuer les courants de renversement de l'aimantation. Le stage s'appuiera sur des couches fines magnétiques caractérisés par un
fort couplage spin-orbite et dans lesquels on peut s'attendre à un fort couple SOT. Différentes compositions de matériaux seront considérées afin de
mettre en évidence leur influence sur le couple de spin-orbite. Cette étude permettra d'optimiser les matériaux pour diminuer les courants d'écriture
dans des dispositifs mémoire SOT-RAM.
Ce stage expérimental inclura d'une part la caractérisation des propriétés magnétiques par des méthodes de magnétométrie, la structuration de
nanostructures magnétiques par des méthodes de nanofabrication (lithographie électronique, gravure ionique) sur la plateforme de nanofabrication
PTA, d'autre part la caractérisation des couples de spin-orbite et de renversement de l'aimantation par des mesures de magnéto-transport. [1] M.
Miron et al, Nature, 476, 189 (2011)
Fig.1 : Mémoires magnétiques STT-RAM (a) et SOT-RAM.(b). (a). L'élément mémoire de la STT-RAM est composé de deux couches
ferromagnétiques séparées par une barrière tunnel formée d'un oxyde. L'aimantation d'une des deux des couches magnétiques est fixe et joue le rôle
de couche de référence. L'aimantation de l'autre couche ferromagnétique est « libre » et code l'information 0 ou 1 suivant la direction de l'aimantation.
Pour écrire l'information, un fort courant est injecté dans la jonction tunnel magnétique. Pour lire l'information, on utilise l'effet de magnétorésistance
tunnel (TMR): la résistance de la jonction est plus (resp. moins) grande lorsque les aimantations des deux couches sont antiparallèles (resp.
parallèles). Ceci permet de déterminer l'état magnétique de la couche libre, et donc le bit en mesurant la résistance de la jonction. (b) Cellule
élémentaire d'une mémoire magnétique SOT-RAM à trois terminaux. L'écriture s'effectue par injection d'un courant dans la couche métallique de Ta
ou Pt composant l'électrode inférieure en contact avec la couche magnétique.
Compétences requises :
master 2 physique; connaissance de base en magnétisme et physique du solide
Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Contact : Olivier BOULLE
DSM/INAC/SPINTEC
[email protected]
0438782156
Sujet 15
Capteur magnétique perpendiculaire haute sensibilité à déplacement de parois
Résumé :
Les capteurs magnétiques ont investi la plupart de nos objets d'utilisation courante : automobiles, Smartphones, tablettes, manette de jeu, ... et leurs
applications se diversifient chaque jours. Parmi celles-ci, la reconnaissance spatiale en temps réel, par exemple comme aide au gps en milieu fermé,
génère un intérêt croissant chez les industriels du secteur. Elle repose sur l'utilisation d'un capteur rapide. Cette rapidité ne peut se faire que par une
grande sensibilité qui diminue les temps d'intégration. Le sujet de stage que nous proposons vise à réaliser un tel microcapteur de champ magnétique
perpendiculaire à haute sensibilité. Son concept est basé sur le déplacement de parois de domaine magnétique de façon contrôlée et reproductible, et
sur leur détection électrique. Ces deux aspects sont désormais rendus possibles grâce aux développements récents au laboratoire dans le domaine
des jonctions tunnel magnétiques à aimantation perpendiculaire.
Contact : Olivier Boulle ([email protected])
Gilles Gaudin ([email protected])
Lucian Prejbeanu ([email protected])
Sujet détaillé :
Nous nous focaliserons dans le cadre de ce stage sur un capteur unidimensionnel. Le capteur magnétique est composé d'une piste magnétique
submicronique dans laquelle l'aimantation est orientée perpendiculairement au plan des couches. En présence d'un champ magnétique
perpendiculaire, la paroi se déplace dans la piste. Ce déplacement est converti en signal électrique grâce à une jonction tunnel magnétique structurée
sur la piste (cf schéma) et ainsi en la mesure du champ magnétique. La grande mobilité de la paroi la rend sensible à des très faibles champs
magnétiques. Notre objectif est de mesurer le champ magnétique terrestre avec une très grande précision (précision sur l'orientation
Compétences requises :
M2 Nanoscience, physique du solide ou de la matière condensée
Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Contact : Gilles GAUDIN
DSM/INAC/SPINTEC
[email protected]
0438782384