Magnétorésistance géante

La magnétorésistance géante est un effet quantique observé dans les structures de films minces composées d'une alternance de couches ferromagnétiques et de couches non magnétiques.



Catégories :

Magnétorésistance - Physique quantique

Recherche sur Google Images :


Source image : fr.wikipedia.org
Cette image est un résultat de recherche de Google Image. Elle est peut-être réduite par rapport à l'originale et/ou protégée par des droits d'auteur.

Page(s) en rapport avec ce sujet :

  • La magnétorésistance géante est une des propriétés spécifiquement... des couches magnétiques à bas champ; 2) une diffusion dépendante du spin.... (source : hal.archives-ouvertes)
  • Depuis sa découverte dans les multicouches magnétiques, la magnétorésistance géante est un des champs de recherches les plus actifs en magnétisme, ... (source : en.scientificcommons)
  • La magnétorésistance géante est un amplificateur convertisseur. On produit une couche d'un conducteur amagnétique de particulièrement faible épaisseur.... (source : onversity)

La magnétorésistance géante (en anglais, Giant Magnetoresistance Effect ou GMR) est un effet quantique observé dans les structures de films minces composées d'une alternance de couches ferromagnétiques et de couches non magnétiques. Elle se manifeste sous forme d'une baisse significative de la résistance observée sous l'application d'un champ magnétique externe : à champ nul, les deux couches ferromagnétiques adjacentes ont une aimantation antiparallèle car elles subissent un couplage ferromagnétique faible. Un champ magnétique externe induit un renversement d'aimantation : les aimantations respectives des deux couches s'alignent et la résistance de la multicouche décroît brutalement.

L'effet se produit parce que le spin des électrons du métal non magnétique se répartit équitablement de façon parallèle et antiparallèle, et subit ainsi une diffusion magnétique moindre quand les couches ferromagnétiques sont aimantées de façon parallèle.

Découverte

Reproduction des résultats de Fert et al.

La magnétorésistance géante a été découverte dans des couches monocristallines en 1988 par deux équipes indépendantes : celle d'Albert Fert, de l'Université de Paris Sud-Orsay, et celle menée par Peter Grünberg du Centre de recherche de Jülich (Rhénanie-du-Nord-Westphalie, Allemagne). Une équipe de recherche d'IBM menée par Stuart Parkin a réalisé la même expérience sur des couches polycristallines en 1989, ouvrant ainsi la voie à des applications suffisamment peu chères pour envisager des applications commerciales. Surtout, l'une des applications envisageables était l'utilisation de la GMR pour réaliser un capteur de champ magnétique, et ainsi proposer un nouveau type de tête de lecture dans les disques durs d'ordinateurs. Le premier système utilisant la magnétorésistance géante a été commercialisé par IBM en décembre 1997. Depuis 1999 à peu près, les recherches portent sur l'emploi de nanofils organisés en multicouches, mais également sur l'emploi de nombreux types de matériaux nanostructurés (agrégats, nanoparticules piégées dans des substrats diélectriques, etc. )

Le 9 octobre 2007, Albert Fert et Peter Grünberg ont reçu conjointement le Prix Nobel de Physique pour leur découverte de la magnétorésistance géante. Ces travaux fondamentaux ont permis le développement d'un nouveau champ de recherches en nanotechnologies, la spintronique, ou électronique de spin, qui exploite les propriétés quantiques du spin de l'électron. La spintronique guide les électrons en agissant sur la rotation de leur spin au lieu d'agir sur leur charge électrique.

Magnétorésistance géante dans les multicouches

Au moins deux couches ferromagnétiques sont scindées par un film ultra-mince (environ 1 nanomètre) de métal non ferromagnétique (par exemple, deux couches de fer scindées par du chrome : Fe/Cr/Fe). Pour certaines épaisseurs, le couplage RKKY entre les couches ferromagnétiques adjacentes devient un couplage antiferromagnétique : au niveau énergétique, il devient préférable pour les couches adjacentes que leurs aimantations respectives s'alignent de façon antiparallèle. La résistance électrique du système est normalement plus grande dans le cas anti-parallèle, et la différence peut atteindre plusieurs dizaines de pourcents à température ambiante. Dans ces systèmes, la couche intermédiaire correspond au second pic antiferromagnétique dans l'oscillation antiferromagnétique-ferromagnétique du couplage RKKY.

La magnétorésistance géante a été observée pour la première fois dans une configuration multicouche, et la recherche concernait essentiellement des empilements de 10 couches ou plus.

Magnétorésistance géante spin-valve

GMR «spin-valve»

Deux couches ferromagnétiques sont scindées par une couche non magnétique (environ 3 nm), mais sans couplage RKKY. Si le champ cœrcitif des deux électrodes ferromagnétiques est différent, il est envisageable de les commuter indépendamment. Ainsi, on peut réaliser un alignement parallèle ou antiparallèle, et la résistance doit être plus grande dans le cas antiparallèle. Ce dispositif est quelquefois nommé spin-valve, car il sert à contrôler le spin des électrons qui transitent.

La magnétorésistance géante par spin-valve est celle qui présente le plus d'intérêt industriel et commercial ; c'est la configuration utilisée dans les disques durs.

Magnétorésistance géante granulaire

La magnétorésistance géante granulaire est un phénomène ayant lieu dans les précipités solides de matériaux magnétiques dans une matrice non magnétique. En pratique, la GMR granulaire est seulement observée dans des matrices de cuivre contenant des granules de cobalt. La raison en est que le cobalt et le cuivre sont non miscibles, et il est par conséquent envisageable de créer le précipité solide en refroidissant rapidement un mélange en fusion de cuivre et de cobalt. La taille des granules dépend de la vitesse de refroidissement et du post-recuit. Les matériaux montrant une magnétorésistance géante granulaire ne semblent en 2005 pas capables de reproduire des effets aussi importants que ceux présentés par leurs homologues constitués de multicouches.

Applications

Le phénomène de magnétorésistance géante est particulièrement utilisée dans les têtes de lecture GMR des disques durs modernes. Les mémoires magnétiques non volatiles (ou MRAM) en sont une autre application.

Références

  • Magnetic properties of superlattices formed from ferromagnetic and anitferromagnetic materials, L. L. Hinchey & D. L. Mills, Physical Review B, 33 (5), 3329, mars 1986.
  • Layered Magnetic Structures : Evidence for Antiferromagnetic Coupling of Fe Layers across Cr Interlayers, P. Grünberg, R. Schreiber, Y. Pang, M. B. Brodsky, & H. Sowers, Physical Review Letters, 57 (19), 2442, novembre 1986.
  • Antiparallel coupling between Fe layers separated by a Cr interlayer : Dependence of the magnetization on the film thickness, C. Carbone and S. F. Alvarado, Physical Review B, '36 (4), 2433, août 1987.
  • Giant Magnetoresistance of (001) Fe/ (001) Cr Magnetic Superlattices, M. N. Baibich, J. M. Broto, A. Fert, F. Nguyen Van Dau, F. Petroff, P. Eitenne, G. Creuzet, A. Friederich, & J. Chazelas, Physical Review Letters, 61 (21), 2472, novembre 1988.


Recherche sur Amazone (livres) :




Ce texte est issu de l'encyclopédie Wikipedia. Vous pouvez consulter sa version originale dans cette encyclopédie à l'adresse http://fr.wikipedia.org/wiki/Magn%C3%A9tor%C3%A9sistance_g%C3%A9ante.
Voir la liste des contributeurs.
La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 13/04/2009.
Ce texte est disponible sous les termes de la licence de documentation libre GNU (GFDL).
La liste des définitions proposées en tête de page est une sélection parmi les résultats obtenus à l'aide de la commande "define:" de Google.
Cette page fait partie du projet Wikibis.
Accueil Recherche Aller au contenuDébut page
ContactContact ImprimerImprimer liens d'évitement et raccourcis clavierAccessibilité
Aller au menu