03 mai 2017
Création des émetteurs unidirectionnels en utilisant de l’interaction Dzyaloshinskii-Moriya interfaciale
Contact : Gilles Gaudin

(a)Schèma de la guide d’onde microscopique qui peut, par exemple, être constitué d’une couche de permalloy (Py, Ni81Fe19) en contact avec une couche de Pt, et de la guide d’onde coplanaire (CPW) qui peut exciter des ondes de spin dans le Py. (b) Schème de l’émission unidirectionnelle: L’interaction Dzyaloshinskii-Moriya interfaciale scinde la dispersion des ondes de spin (lignes interrompues) pour les ondes qui propagent dans les sens opposés. Jointe avec la périodicité du spectre d’excitation d’une guide d’onde coplanaire (lignes continues), ça peut résulter dans l’émission des ondes de spin dans une seule direction à la fréquence désirée (ligne interrompue verticale).

Nous avons développé un modèle analytique décrivant les ondes de spin dans des guides d’onde microscopiques en présence de l’interaction interfaciale Dzyaloshinskii-Moriya. En comparant les résultats de ce modèle avec ceux de simulations micromagnétiques, nous avons démontré qu’une source d’excitation ayant une périodicité spatiale pouvait être utilisée pour générer une émission d’ondes de spin unidirectionnelle. Notre modèle permet de prévoir les propriétés de cette source.

La miniaturisation des dispositifs CMOS s’avère de plus en plus difficile à cause de limitations fondamentales et de l’augmentation des courants de fuite. Par conséquent énormément d’effort sont dévolus à la recherche de concepts alternatifs permettant des densités plus importantes et une plus faible consommation énergétique par rapport à la technologie semi-conducteur conventionnelle. Les ondes de spin ont été identifiées comme une technologie prometteuse permettant la réalisation d’architectures logiques plus efficaces que les dispositifs CMOS conventionnels car elles permettent de faire de la logique ondulatoire à l’échelle nanométrique. Ces ondes de spins constituent les excitations fondamentales dans un matériau magnétique qui résultent d’une faible perturbation de l’ordre magnétique. Après leur excitation, qui, par exemple, peut être réalisée par un champ magnétique local, elles peuvent transférer une information encodée dans leur amplitude et/ou leur phase. Leur longueur d’onde nanométrique aux fréquences entre GHz et THz, leur intégrabilité sur une puce et leur compatibilité avec des mémoires magnétiques non-volatiles les rendent particulièrement intéressantes par rapport aux autres approches qui cherchent à utiliser d’autres types d’ondes comme la photonique.

Dans ce travail, nous étudions l’influence de l’interaction interfaciale Dzyaloshinkii-Moriya sur l’excitation et la propagation des ondes de spin dans des guides d’onde microscopiques en utilisant un modèle analytique et des simulations micromagnétiques. Cette interaction d’échange asymétrique est présente dans les empilements asymétriques de couches minces. Nous avons mis en évidence l’influence de cette interaction sur la fréquence des ondes de spin, leur temps de vie, l’ellipticité de la précession de l’aimantation et sur l’excitation des ondes de spin par une source d’excitation périodique. De telles sources, comme les guides d’onde coplanaires, fournissent pour l’onde de spin excitée, un spectre de vecteurs d’onde lié à leurs dimensions spatiales. Comme l’interaction Dzyaloshinkii-Moriya enlève la dégénérescence entre les ondes qui se propagent dans des sens opposés, de telles sources permettent la création d’une émission unidirectionnelle. Notre modèle permet de prédire la taille d’une source microscopique pour l’excitation optimale d’ondes de spin à la fréquence et la longueur d’onde désirées.

Référence: T. Brächer, O. Boulle, P. Pirro, and G. Gaudin, Physical Review B 95, 064429 (2017).

 

Maj : 03/05/2017 (1245)

 

Retour en haut