30 novembre 2015
Origami Magnétique

Des objets ayant des compositions identiques et sujets au même courant électrique montrent des retournements différents de leur aimantation en raison de leurs géométries différentes.

La magie de l’art du pliage du papier réside dans le fait qu’à partir d’une simple feuille de papier, de si nombreux objets peuvent être créés tous différents les uns des autres. Malheureusement, la fonctionnalité de ces artéfacts de papier n’existe que dans l’imagination humaine. La possibilité de fabriquer des objets réels fonctionnels en suivant le principe des Origami transformerait l’ingénierie en jeu d’enfant.

Dans cet esprit, nous proposons un concept technologiquement pertinent en matière de stockage magnétique des données : la forme des objets magnétiques, définie par l’étape de lithographie, détermine le retournement de leur aimantation. Des objets ayant des compositions identiques et sujets au même courant électrique montrent des retournements différents de leur aimantation en raison de leurs géométries différentes.

Le moment angulaire nécessaire au retournement de l’aimantation est fourni par les couples de spin orbite induits par le courant. Le rôle de la géométrie du dispositif est de définir la distribution spatiale des couples à l’intérieur du matériau ferromagnétique.

En pratique nous utilisons la microscopie Kerr pour observer le déplacement des parois de domaine magnétique induit par courant dans des fils de Co/AlOx placés sur une couche de Pt qui assure le transport du courant. Ces fils présentent des formes et orientations différentes. Le déplacement des parois de domaine est trouvé être asymétrique par rapport à l’angle entre l’axe du fil et le courant, et non linéaire par rapport à la polarité du courant. A partir de ces résultats, nous avons construit, à partir de la même couche mince à aimantation perpendiculaire, des commutateurs bipolaires utilisés typiquement dans des dispositifs mémoire, ainsi que des commutateurs irréversibles pour lesquels la forme contrôle l’orientation de l’aimantation indépendamment de la polarité du courant (Figure 1)

Comme la méthode est générique pour un transfert de moment angulaire par un courant planaire, elle peut être utilisée avec une très grande variété de matériaux allant de simples métaux lourds jusqu’aux isolants topologiques. Enfin, le concept de commutation géométrique permet la conception de dispositifs magnétiques dont la fonctionnalité est déterminée entièrement par leur forme, définie par l’étape de lithographie, la plus simple et la plus flexible du procédé de fabrication.

http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2015.252.html

 

 

Fig.1. Retournement géométrique de l’aimantation. (A) Retournement bipolaire d’un dispositif ayant la forme d’un “u”. La première ligne contient une image MEB de la structure magnétique située au-dessus d’une électrode de Pt bien plus large (non visible). Les images Kerr différentielles qui suivent correspondent à l’état magnétique initial du dispositif (clair-down ; sombre-up). La seconde ligne d’images correspond à la configuration magnétique finale des dispositifs après l’injection de 8 impulsions de courant (4.4ns à j = 1.87·1012 A/m2). Le courant électrique est indiqué par les flèches noires. La comparaison entre les images initiales et finales confirme que les deux objets se comportent comme des commutateurs bipolaires avec des polarités opposées. (B) Retournement bipolaire d’un dispositif ayant la forme d’un “s”. La première ligne contient une image MEB de la structure magnétique, suivie des images Kerr différentielles de l’état initial. Les images de la seconde ligne montrent l’état final produit par l’injection de  8 impulsions de courant (5ns à j = 1.87·1012 A/m2).  Tandis que l’aimantation d’un des objets se retourne seulement dans la direction « up » l’aimantation de l’autre ne se retourne que dans la direction « down ».

 

Maj : 15/01/2016 (1138)

 

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