Projet de Microscopie Ultime pour le Nanomagnétisme et l'Electronique de Spin

- Groupe "Nanostructures auto-organisées" du Laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques (UMR 7162) - Université Denis Diderot - Paris VII
Responsable : Sylvie ROUSSET (axe Electronique de Spin)

- Groupe "Spintronique" de l'Unité Mixte de Physique CNRS / THALES (UMR 137)
Responsables : Albert FERT et Pierre SENEOR (axe Electronique de Spin)

Equipement demandé :

STM polarisé en spin.

Objectifs scientifiques :

Les récents développements liés à l'avènement de l'électronique de spin (ES), aussi appelée spintronique, tels que les mémoires magnétiques non volatiles M-RAM, les têtes de lecture, et les transistors à spin amènent à concevoir et à réaliser des structures de dimensions de plus en plus réduites utilisant des matériaux fonctionnels toujours plus complexes. Un des enjeux majeurs dans ce domaine sera la capacité d'étudier localement les propriétés magnétiques et de transport dans ces nouvelles structures.

Les microscopies en champ proche sont par excellence des techniques locales qui donnent des informations avec une résolution atomique. Parmi ces techniques, le SP-STM (" spin polarized scanning tunneling microscope ") permet d'obtenir des images de l'aimantation d'un échantillon avec une résolution ultime (à l'échelle des atomes). Cet outil est encore très peu répandu à travers le monde et n'a pas encore été développé avec succès en France.

L'objectif du présent projet est de développer un SP-STM similaire à celui qui a déjà fait ses preuves à Hambourg dans le groupe de R. Wiesendanger et de l'appliquer à des études de spintronique. Ceci est totalement nouveau sur le plan international car les résultats marquants du SP-STM concernent l'imagerie de domaines magnétiques sur des systèmes métalliques ferromagnétiques modèles . Pour atteindre cet objectif et développer une collaboration à long terme, nous avons choisi d'associer les compétences et spécificités de deux groupes, une équipe de MPQ (CNRS/Paris 7) spécialisée dans le STM et l'étude des surfaces et une équipe de l'UMP CNRS/Thales spécialisée en spintronique. Tous deux étant des leaders internationaux dans leurs domaines respectifs.

La méthodologie employée sera d'abord le développement et la mise au point d'un SP-STM versatile à partir de l'achat d'un STM basse température commercial intégré dans une enceinte ultra vide. Les pointes ferromagnétiques seront élaborées in-situ. Ensuite, le SP-STM sera appliqué à des systèmes modèles bien connus dans l'équipe de MPQ mais qui posent cependant de nombreuses questions intéressantes de magnétisme tels que les systèmes magnétiques auto-organisés. Enfin, nous proposons de valider l'apport du SP-STM à la spintronique à travers deux études sur une seule nanoparticule métallique de quelques nanomètres de diamètre (le domaine des nanoparticules magnétiques correspond aussi à une expertise commune des deux groupes, au plus haut niveau international) :

(i) la mesure du temps de vie du spin (paramètre essentiel de la spintronique) dans des nanoparticules non-magnétiques et magnétiques en utilisant une methode nouvelle développée par l'équipe UMP;

(ii) le renversement d'aimantation par injection d'un courant polarisé en spin dans des nanoparticules magnétiques.

Valeur ajoutée pour les équipes de C'nano IdF :

La demande réalisée dans le cadre du GdR-PRC a pour objectif de permettre et de garantir l'ouverture de cet équipement unique à l'ensemble des équipes de l'axe Electronique de Spin.

Financement alloué : 50k€ HT