Semi-conducteurs magnétiques dilués

Abstract

grés » des années 80, elles atteignent maintenant quelques nanomètres dans ce qu'on appelle des nanostructures. Ce principe général -des paquets d'électrons se déplaçant entre des barrières sous l'effet de champs électriques -a permis l'essor de la microélectronique et de l'informatique, en rendant possibles tous les composants aptes au traitement de l'information : amplificateurs, portes logiques, processeurs, mémoires flash, et les RAM (Random Access Memory), ces mémoires à accès rapide, mais volatiles, dont on rajoute parfois une barrette dans son micro-ordinateur.Car il ne suffit pas de savoir traiter l'information, il faut aussi l'enregistrer. Le stockage de masse repose sur des principes et des matériaux complètement différents : l'aimantation réma-nente dans les matériaux magnétiques. Tout vient encore des électrons, qui, outre leur charge électrique, portent un spin (un moment cinétique élémentaire) auquel est associé un moment magnétique. Celui-ci s'oriente sous l'effet d'un champ magné-tique, mais l'énergie mise en jeu est très faible : dans un champ, déjà élevé, de 1 tesla, cette énergie Zeeman est 200 fois plus faible que l'énergie thermique à température ambiante. Pas question de confier la moindre information à un objet aussi peu stable. Tout change grâce aux interactions entre spins, surtout lorsque cette interaction aligne les spins entre eux dans un matériau ferromagnétique. Des domaines magné-tiques se forment alors, qui interagissent entre eux et avec les défauts du matériau. La configuration est tellement stable que des domaines alignés par un champ magnétique ne reprennent pas une orientation aléatoire lorsqu'on coupe le champ : il reste une aimantation rémanente, que l'on ne peut retourner qu'en appliquant un champ de sens opposé, le champ coercitif. Le champ magnétique d'une tête d'enregistrement écrit l'information sur la bande magnétique ou le disque dur, sous forme d'une aimantation rémanente locale, qui peut être lue plusieurs fois et ne demande pas d'énergie pour être maintenue. Mais il faut pour cela positionner la tête de lecture au bon endroit : un disque dur permet de stocker beaucoup d'informations de façon non volatile, mais l'accès est lent.On rêve d'associer les deux techniques : manipulation de charge et manipulation de l'aimantation. C'est ce qu'on appelle l'électronique de spin, qui vise non seulement à un stockage de l'information plus efficace, mais aussi à utiliser l'aimantation et le spin dans le traitement de l'information, dans des applications qui vont de la logique reprogrammable à l'information quantique.Quels matériaux doit-on utiliser pour cela ? Les premières applications de l'électronique de spin juxtaposent des métaux magnétiques et des composants à semi-conducteurs. Les têtes de lecture compactes et sensibles qui équipent désor-mais les lecteurs de disques durs exploitent des multicouches de métaux magnétiques, dont la conductivité varie très fortement sous l'effet d'un champ magnétique. Dans les mémoires MRAM (Magnetic RAM) qui arrivent sur le marché et qui ...

De nouveaux matériaux pour l’électronique despin

“…Cet article décrit l'apport de trois classes de matériaux à cet effort : les semi-conducteurs magnétiques dilués [1,2] qui visent à conférer des propriétés magnétiques aux semi-conducteurs traditionnels, les oxydes fonctionnels [3] et notamment parmi eux les multiferroïques [4], et les semi-conducteurs organiques [5], dont les propriétés spintroniques émergentes ne cessent de surprendre.…”