10 sujets INAC/SPINTEC

Dernière mise à jour : 17-09-2019


• Electronique et microélectronique - Optoélectronique

• Physique du solide, surfaces et interfaces

 

Simulation au niveau système et flot d'exploration d'architectures neuromorphiques non-volatiles

SL-DRF-19-0463

Domaine de recherche : Electronique et microélectronique - Optoélectronique
Laboratoire d'accueil :

Spintronique et technologie des composants (SPINTEC)

Laboratoire Spintec (SPINTEC)

Grenoble

Contact :

François DUHEM

Sébastien BILAVARN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

François DUHEM

CEA - DRF/INAC/SPINTEC/SPINTEC

04 38 78 52 98

Directeur de thèse :

Sébastien BILAVARN

Université Nice Sophia Antipolis - LEAT (Laboratoire d'Electronique, Antennes et Télécommunications) UMR CNRS 7248

04 89 15 44 23

Labo : http://www.spintec.fr/

L’implantation matérielle de réseaux de neurones est un sujet de recherche stratégique pour de nombreuses entreprises internationales. Les principaux projets autour de l’ingénierie neuromorphique ont donné naissance à des puces inspirées du comportement du cerveau comme SyNAPSE, TrueNorth ou SpiNNaker. Ces technologies ciblent principalement de puissantes fermes de calcul et sont peu adaptées aux contraintes de consommation énergétique des systèmes embarqués ou de l’internet des objets.

L’intégration hétérogène de la technologie CMOS avec des technologies émergentes permettrait de s’affranchir de ces limitations. En particulier, la technologie mémoire MRAM (Magnetoresistive Random-Access Memory) est considérée comme la plus prometteuse des mémoires non-volatiles permettant de réduire la consommation énergétique des architectures de calcul. Afin de permettre l'exploration de différentes solutions architecturales, il manque toutefois d’une approche avec un haut niveau d'abstraction permettant d’évaluer rapidement les gains en consommation apportés par ces mémoires.

Dans ce contexte, cette thèse consiste en la définition d’une plateforme de modélisation conjointe de la logique numérique et de fonctions à base de mémoires non-volatiles ciblant les accélérateurs neuromorphiques. La plateforme permettra l’exploration de différents choix architecturaux basés sur les propriétés des mémoires non-volatiles afin de mieux comprendre le compromis entre performance, surface et consommation énergétique.

La thèse sera dirigée par Sébastien Bilavarn (Université Côte d’Azur, LEAT, Sophia Antipolis) et encadrée par François Duhem (CEA/Spintec, Grenoble).

Compétences nécessaires : conception RTL, architecture de systèmes, électronique, langages de programmation C/C++ ou similaire (connaissances en SystemC appréciées)

Contrôle électrique des skyrmions magnétiques en vue d’applications de type capteur

SL-DRF-19-0610

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Spintronique et technologie des composants (SPINTEC)

Laboratoire Spintec (SPINTEC)

Grenoble

Contact :

Hélène BEA

Claire BARADUC

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Hélène BEA

UGA - DRF/INAC/SPINTEC/SPINTEC

04 38 78 08 46

Directeur de thèse :

Claire BARADUC

CEA - DRF/INAC/SPINTEC/SPINTEC

04 38 78 42 35

Labo : http://www.spintec.fr/research/magnetic-sensors/

Les skyrmions sont des textures de spin à travers lesquelles l’aimantation suit une cycloïde, tournant dans l’un ou l’autre sens, ce qui définit la chiralité du skyrmion. Ces solitons topologiques suscitent actuellement un intérêt considérable tant pour la physique sous-jacente que pour leur potentiel applicatif, car ils sont déplaçables par un courant électrique. Par ailleurs, la possibilité d’ajuster les propriétés magnétiques d'interface par une tension de grille permet un contrôle des dispositifs spintroniques avec une faible puissance consommée et fournit un degré de liberté supplémentaire versatile, local et dynamique.

Dans ce contexte, nous avons récemment montré qu'une tension de grille peut non seulement créer et effacer les skyrmions, mais également modifier l’interaction Dzyaloshinskii-Moriya (DMI) responsable de leur stabilité. Une nouvelle origine du DMI a été révélée par nos expériences, ce qui permet d’entrevoir un contrôle du signe du DMI par tension de grille.

Dans cette thèse expérimentale, nous visons à observer ce changement de signe du DMI qui produira un changement de chiralité des skyrmions. Cette percée ouvrirait de nouvelles possibilités pour la manipulation des skyrmions, car un changement de chiralité inverserait le sens du mouvement induit par le courant.

De plus, ces configurations magnétiques chirales étant très sensibles au champ magnétique extérieur, des applications de type capteur magnétique sont envisagées. Nous avons d’ailleurs observé que la sensibilité de tels capteurs pourrait être modulée par une tension. Nous nous attacherons donc également à :

- contrôler les différentes contributions à l’interaction de Dzyaloshinskii-Moriya en jouant sur les matériaux ;

- optimiser la stabilité en température des skyrmions et leur sensibilité à une tension de grille, afin d’augmenter la sensibilité du capteur ainsi que son contrôle électrique ;

- caractériser la signature électrique des skyrmions en utilisant la microscopie magnéto-optique couplée à des mesures de transport.

Développement de points mémoire SOT-MRAM à anisotropie perpendiculaire

SL-DRF-19-0823

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Spintronique et technologie des composants (SPINTEC)

Laboratoire Spintec (SPINTEC)

Grenoble

Contact :

Gilles GAUDIN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-04-2019

Contact :

Gilles GAUDIN

CNRS - INAC/SPINTEC

04 38 78 23 84

Directeur de thèse :

Gilles GAUDIN

CNRS - INAC/SPINTEC

04 38 78 23 84

Labo : http://www.spintec.fr/research/spin-orbitronics/

Voir aussi : http://www.spintec.fr/

La miniaturisation des composants, essentielle à l'amélioration des performances des circuits électroniques, s'accompagne aujourd'hui d'une augmentation importante de la consommation énergétique. La nécessité de remplacer les technologies actuelles des composants mémoire par des technologies énergétiquement plus efficaces a favorisé le développement des mémoires magnétiques à accès direct (Magnetic Random Access Memories – MRAM). La technologie à écriture par "couple de transfert de spin" (Spin-Transfer Torque MRAM – STT MRAM) semble très prometteuse en termes de performances mais ne permet pas de remplacer les mémoires les plus rapides. Le laboratoire SPINTEC travaille depuis 2010 sur un concept innovant, appelé SOT-MRAM, dans lequel l’écriture de l’information est réalisée via un phénomène physique appelé « interaction spin-orbite » et qui permettrait de réaliser des mémoires embarquées très rapides de l'ordre du GHz. Néanmoins des défis technologiques majeurs restent à relever pour atteindre l’objectif final : l’industrialisation de la technologie SOT-MRAM. C'est dans ce contexte que s'est créée la société Antaios en 2017 et que s'inscrit ce sujet de thèse. Ce travail portera plus spécifiquement sur le développement de cellules mémoire SOT-MRAM avec une configuration perpendiculaire de l'aimantation. L’objectif du projet est de rendre cette configuration déterministe tout en conservant de bonnes performances (vitesse, endurance, rétention…).

Explorer la scalabilité de la spintronique 3D

SL-DRF-19-0613

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Spintronique et technologie des composants (SPINTEC)

Laboratoire Spintec (SPINTEC)

Grenoble

Contact :

Olivier FRUCHART

Ioan Lucian PREJBEANU

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2019

Contact :

Olivier FRUCHART

CNRS - IRIG-Spintec

0684206871

Directeur de thèse :

Ioan Lucian PREJBEANU

CEA - DRF/INAC/SPINTEC/SPINTEC

04.38.78.91.43

Page perso : http://inac.cea.fr/Phocea/Pisp/index.php?nom=ioan-lucian.prejbeanu

Labo : www.spintec.fr

Voir aussi : http://inac.cea.fr/Pisp/olivier.fruchart/

La microélectronique classique atteint ses limites en matière de miniaturisation, à la fois pour des raisons technologiques ou scientifiques. Les mémoires magnétiques à accès aléatoire, basées sur des jonctions tunnel magnétiques stockant et lisant des bits d’information, sont des composants émergents clés des technologies de l'information et de la communication. Ils ont une pertinence immédiate pour les mémoires cache de processeurs et de mémoires de masse à faible consommation et à haute vitesse. À l'instar d'autres technologies, des méthodes sont recherchées pour concevoir des dispositifs tridimensionnels et permettre ainsi une évolutivité à long terme en termes de densité surfacique.

La miniaturisation de cellules MRAM individuelles inférieures à 10 nm de taille latérale a été récemment démontrée dans notre laboratoire. Le but de cette thèse est d’ouvrir la voie à l’intégration de ce concept dans un processus technologique viable, compatible avec une densité de surface élevée et une production de masse. Le principe repose sur le remplissage d'interconnexions verticales semi-conductrices avec un matériau magnétique, pour servir de cellule de stockage. Les premières étapes consisteront en la caractérisation structurelle, magnétique et électrique de telles interconnexions. À l’échelle du programme de doctorat, les travaux seront étendus à une cellule de mémoire entièrement fonctionnelle, ce qui permettra de relever les défis fondamentaux et technologiques. Ce sujet est une action commune de Spintec et de LETI.

Imagerie magnétique au TEM de nanotubes pour l’électronique de spin

SL-DRF-19-0867

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Spintronique et technologie des composants (SPINTEC)

Laboratoire Spintec (SPINTEC)

Grenoble

Contact :

Olivier FRUCHART

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2018

Contact :

Olivier FRUCHART

CNRS - IRIG-Spintec

0684206871

Directeur de thèse :

Olivier FRUCHART

CNRS - IRIG-Spintec

0684206871

Page perso : https://cv.archives-ouvertes.fr/olivier-fruchart

Labo : http://www.spintec.fr/research/spin-textures/

Voir aussi : http://fruchart.eu

L'objectif du stage est l'étude par microscopie électronique en transmission (TEM) de nanotubes magnétiques synthétisés par voie chimique. Nous étudions ceux-ci comme objets modèles pour explorer le concept de stockage d’information dans un média magnétique 3D, basé sur la propagation de parois magnétiques. Une étude physico-chimique du matériau et par imagerie magnétique à l'échelle du nanomètre permettront d’explorer et comprendre l’arrangement en domaines et parois de domaines magnétiques de ces systèmes, dont nous maitrisons la synthèse depuis peu.

Les techniques expérimentales mises en œuvre seront l'analyse chimique et structurale par diffraction électronique et imagerie haute résolution ainsi que l'imagerie magnétique et l'holographie électronique. L'étudiant devra réaliser la préparation des échantillons pour la microscopie électronique, le montage d'un dispositif en vue d'une observation dans le microscope.

La microscopie sera menée en collaboration avec le INAC-MEM-LEMMA et le LETI. Le sujet comprend également un volet de traitement, interprétation des données et simulations micromagnétiques, effectuées avec le groupe de simulation du laboratoire SPINTEC / NEEL et permettront d'interpréter nos résultats.

Interaction dynamique à longue portée entre couches minces magnétiques isolantes médiée par les phonons

SL-DRF-19-0025

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Spintronique et technologie des composants (SPINTEC)

Laboratoire Spintec (SPINTEC)

Grenoble

Contact :

Olivier KLEIN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Olivier KLEIN

CEA - DRF/INAC/SPINTEC/SPINTEC

0438785802

Directeur de thèse :

Olivier KLEIN

CEA - DRF/INAC/SPINTEC/SPINTEC

0438785802

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/23/olivier.klein.html

Labo : http://www.spintec.fr/research/microwave-devices/

Le projet de recherche proposé s'insère dans le domaine émergent de la spintronique des isolants électriques, dont l'objectif est de remplacer le transport de la charge électrique par la propagation sans frottement du degré de liberté de spin. Dans ce nouveau paradigme, les isolants magnétiques à faible amortissement sont de bons conducteurs de spin en permettant la propagation à grande distance des informations de spin par les ondes de spin. Dans ce projet, nous étudierons le rôle des ondes acoustiques. Le projet se concentrera sur les couches minces de grenat d'yttrium et de fer (YIG) développées sur un substrat de grenat de gadolinium et de gallium (GGG) car i) la constante magnéto-élastique du YIG est forte, ce qui devrait permettre une interconversion efficace de l'énergie magnétique en acoustique; ii) de la petite discordance d'impédance acoustique entre YIG et GGG; et iii) de l’amortissement acoustique ultra-faible chez les grenats (meilleur que le quartz). L'objectif ici est d'étudier les échanges dynamiques entre magnons et phonons. Cela sera mesuré en effectuant des études spectroscopiques de fréquence et de domaine temporel sur des films minces YIG préparés par épitaxie en phase liquide. Nous pensons que ces avancées sur des transducteurs hybrides exploitant le couplage magnéto-élastique pourraient être bénéfiques pour le développement de la future technologie frontale analogique hyperfréquences (par exemple, les lignes à retard et les filtres) utilisée dans l'industrie des télécommunications sans fil. L'efficacité de ce processus d'interconversion pourrait aider à supprimer les limitations de haute fréquence des transducteurs piézoélectriques.

Interconversion spin-charge par couplage spin-orbite aux interfaces Rashba et aux surfaces d'isolants topologiques

SL-DRF-19-0884

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Spintronique et technologie des composants (SPINTEC)

Laboratoire Spintec (SPINTEC)

Grenoble

Contact :

Laurent VILA

Jean-Philippe ATTANE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2019

Contact :

Laurent VILA

CEA - DRF/INAC/SPINTEC/SPINTEC

0438780355

Directeur de thèse :

Jean-Philippe ATTANE

Université Grenoble Alpes - DRF/INAC/SPINTEC/SPINTEC

0438784326

Page perso : http://inac.cea.fr/Pisp/jean-philippe.attane/

Labo : www.spintec.fr

La conversion d’un courant de charge classique en un courant de spin, porteur non pas de charges mais de moment angulaire, peut être basée sur le couplage spin-orbite dans des systèmes non magnétiques. Depuis une dizaine d'années, l'utilisation de ce couplage a provoqué une transformation radicale de l'électronique de spin.

D'une part, alors que la spintronique conventionnelle utilise l'interaction d'échange dans un matériau ferromagnétique pour manipuler des courants de spin, le couplage spin-orbite peut désormais être utilisé pour générer ou détecter des courants de spin, éventuellement en l'absence de tout élément ferromagnétique. Des effets de transport dépendant en spin peuvent être ainsi observés dans de très larges gammes de matériaux et d'interfaces: métaux, oxydes, semiconducteurs, interfaces rashba, isolants topologiques, matériaux 2D...

D'autre part, la source/détecteur de courant de spin peut être placée en contact direct avec un matériaux ferromagnétique, alors que les empilements de type magnétorésistance géante nécessitent l’utilisation d’espaceurs, c’est-à-dire de matériaux séparants les deux couches ferromagnétiques. Grâce à cette proximité, le courant de spin généré dans le matériau spin-orbite va permettre de manipuler électriquement la direction d'aimantation du matériau ferromagnétique, par effet de transfert de spin. Le courant circule dès lors le long des couches et des interfaces, plutôt que transversalement comme dans les structures à magnétorésistances géantes ou tunnel. Cette configuration permet d'accroître l'efficacité de transfert de spin, et d'adopter des géométries de nanodispositifs innovantes.

Manipulation de skyrmions magnétiques dans des nanostructures magnétiques ultrafines

SL-DRF-19-0862

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Spintronique et technologie des composants (SPINTEC)

Laboratoire Spintec (SPINTEC)

Grenoble

Contact :

Olivier BOULLE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Olivier BOULLE

CNRS - DSM/INAC/SPINTEC/SPINTEC

04 38 78 21 56

Directeur de thèse :

Olivier BOULLE

CNRS - DSM/INAC/SPINTEC/SPINTEC

04 38 78 21 56

Labo : www.spintec.fr

La découverte récente de structures magnétiques de taille nanométrique appelées skyrmions magnétiques a ouvert une nouvelle voie pour manipuler l'aimantation à l'échelle nanométrique[1,2]. Les skyrmions magnétiques se caractérisent par une structure de spin chirale et topologiquement non triviale, c'est-à-dire que leur texture d’aimantation ne peut pas être transformée de manière continue vers l'état uniforme sans entraîner une singularité (voir figure 1). Les skyrmions peuvent également être manipulés par des courants électriques dans le plan, ce qui a conduit à de nouveaux concepts de mémoires magnétiques non volatiles et de dispositifs logiques où les skyrmions dans des nanopistes codent d'information. La taille nanométrique des skyrmions, combinée à la faible densité de courant nécessaire pour induire leur mouvement, ouvre la voie à des dispositifs avec une combinaison sans précédent de haute densité de stockage, de grande rapidité d’exécution et de faible consommation d'énergie. Bien que prévus à la fin des années 1980, des skyrmions magnétiques ont été observés pour la première fois en 2009 dans des films minces d'aimants chiraux B20 et plus tard dans des films épitaxiaux ultrafins à basse température. Récemment, des skyrmions magnétiques ont été observés à température ambiante dans des films minces ultrafins pulvérisés, ce qui constitue un premier pas vers la réalisation pratique de dispositifs logique et mémoire basés sur les skyrmions. En particulier, Spintec a récemment démontré des skyrmions magnétiques à température ambiante de taille de l’ordre de la 100 nm dans des nanostructures ultra-minces de Pt/Co/MgO à champ magnétique externe nul[3] ainsi que leur manipulation par des courants électriques. L'objectif de la thèse sera de faire progresser les connaissances fondamentales en vue d'applications technologiques pour la mémoire et la logique. En particulier, il s’agira de développer des systèmes de matériaux nouveaux et inexplorés pour obtenir des skyrmions à l'échelle nm stables à température ambiante et permettre leur manipulation rapide et fiable par le courant. Cette thèse expérimentale s’appuiera sur l’ensemble des méthodes et techniques expérimentales utilisées pour la mise au point et la caractérisation de dispositifs spintronique : dépôt par pulvérisation cathodique, caractérisation magnétique, nanofabrication, caractérisation par magnéto-transport et par microscopie magnétique (MFM), expériences de microscopie magnétique haute-résolution basée sur les rayons X, STXM ou XMCD-PEEM dans différents synchrotrons européens.

[1] A. Fert, V. Cros, and J. Sampaio, Nat. Nanotechnol. 8, 152 (2013) [2] N. Nagaosa and Y. Tokura, Nat. Nanotechnol. 8, 899 (2013) [3] O. Boulle et al., Nat. Nanotechnol. 11, 449 (2016).

Propagation de parois dans des couches minces de Mn4N

SL-DRF-19-0006

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Spintronique et technologie des composants (SPINTEC)

Laboratoire Spintec (SPINTEC)

Grenoble

Contact :

Laurent VILA

Jean-Philippe ATTANE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-12-2018

Contact :

Laurent VILA

CEA - DRF/INAC/SPINTEC/SPINTEC

0438780355

Directeur de thèse :

Jean-Philippe ATTANE

Université Grenoble Alpes - DRF/INAC/SPINTEC/SPINTEC

0438784326

Les matériaux ferromagnétiques à base de terres rares présentant une anisotropie perpendiculaire ont récemment suscité un grand intérêt pour les applications spintroniques. En effet, leur faible valeur d'aimantation permet de réduire les courants critiques nécessaires pour induire un renversement d'aimantation, en utilisant soit des couples de transfert de spin, soit des couples spin-orbite. Nous étudierons le mouvement de la paroi de domaine induit par le courant dans un système alternatif sans terres rares, Mn4N / STO. Nous avons déjà montré que ce système présente des propriétés étonnantes: une structure de domaine magnétique géante et inédite, à l'échelle millimétrique, avec une rémanence complète, une nucléation rare et une commutation de magnétisation nette. Ces propriétés, associées à une très faible magnétisation et à une grande anisotropie magnétique perpendiculaire, soulignent le potentiel des couches de Mn4N / STO pour les applications spintronique. La propagation de la paroi de domaine sera étudiée via des mesures de MOKE et de transport. La croissance de l'échantillon se fera au Japon.

capteur magnétique ultra-sensible pour l'exploration spatiale

SL-DRF-19-0799

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Spintronique et technologie des composants (SPINTEC)

Laboratoire Spintec (SPINTEC)

Grenoble

Contact :

Claire BARADUC

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Claire BARADUC

CEA - DRF/INAC/SPINTEC/SPINTEC

04 38 78 42 35

Directeur de thèse :

Claire BARADUC

CEA - DRF/INAC/SPINTEC/SPINTEC

04 38 78 42 35

L’objectif est de développer un magnétomètre miniature et ultra-sensible pour les missions spatiales. En effet, la mesure du champ magnétique dans l'espace est essentielle pour étudier l'héliosphère et les planètes du système solaire. Un nouveau concept d’instrument, beaucoup plus petit et léger que les instruments actuels, a été développé en collaboration entre un laboratoire de mesures spatiales et notre laboratoire de spintronique. Le magnétomètre est basé sur une architecture innovante qui comprend une jonction tunnel magnétique comme élément sensible du capteur, un concentrateur de flux pour amplifier le champ à mesurer et un système de modulation du champ magnétique pour réduire le bruit de mesure.



Les travaux de thèse se concentreront sur le développement d'une jonction tunnel magnétique innovante, en étudiant l'impact des matériaux choisis et de la géométrie de la jonction, ainsi que sur la maximisation du rapport signal/bruit de l’élément sensible du capteur. Un prototype du capteur complet devrait être réalisé à la fin du doctorat. Ces études s'appuieront sur les résultats déjà obtenus et valorisés par des brevets. Le travail sera majoritairement expérimental (microfabrication en salle blanche, caractérisation électrique et magnétique, mesures de bruit, imagerie magnétique) mais inclura également de l’analyse et des simulations numériques.

 

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