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Spintronique : une couche « Janus » prometteuse pour les mémoires magnétiques à couple de spin


​Une équipe du CEA-Irig a conçu un nouveau matériau bidimensionnel S/Pt/Se permettant d'exalter l'effet utilisé dans les mémoires magnétiques à couple de spin. Une piste pour réduire encore leur consommation énergétique déjà modeste !
Publié le 21 juin 2021

En rendant le spin des électrons sensible à la présence d'un noyau atomique de forte masse, le « couplage spin-orbite Rashba » permet de modifier l'aimantation d'une couche ferromagnétique sans recourir à un 2e matériau magnétique. Cet effet relativiste peut être renforcé par un champ électrique.

Des chercheurs de l'Irig ont conçu un matériau bidimensionnel S/Pt/Se (soufre/platine/sélénium) permettant d'exalter le couplage spin-orbite Rashba. Quand cette couche est parcourue par un courant de charges, le spin des électrons est influencé par la présence des noyaux de platine et tous les spins s'alignent suivant la même direction, le sens du courant commandant la direction des spins. Le courant de spins ainsi obtenu peut être absorbé par une couche magnétique adjacente à S/Pt/Se. Le couplage Rashba se trouve ici magnifié par le dipôle électrique créé par la dissymétrie S-Se de part et d'autre de la couche de platine. Grâce à ce couplage Rashba renforcé, le dispositif permet de renverser l'aimantation d'une couche magnétique à moindre coût énergétique.

Comment ce « sandwich » biface (ou Janus) est-il fabriqué ? Les scientifiques l'élaborent à partir de la couche symétrique Se/Pt/Se. Ils la chauffent à 370°C afin de créer des lacunes dans la couche supérieure puis la portent à 350 °C sous atmosphère de H2S pour substituer S à Se. En refroidissant, le nouveau composé bidimensionnel se réordonne.

Chaque étape a été contrôlée in situ par diffraction des rayons X synchrotron en incidence rasante à l'ESRF tandis que la composition atomique Janus a été finalement vérifiée ex situ par spectroscopie de photoémission des rayons X résolue en angle.

Le fort couplage spin-orbite de Rashba attendu sur ce premier échantillon ouvre la voie à la fabrication de nouvelles mémoires magnétiques à couple de spin de type SOT-MRAM (Spin-Orbit Torque Magnetic Random-Access Memory) encore plus sobres en énergie.


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