Presentation Prix Nobel 2007 sur la magnétorésistance gigantesque

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IntroductionConcepts physiques

Magnetoresistance geanteMagnetoresistance tunnel

ApplicationsConclusion

Prix Nobel de physique 2007La magnetoresitance geante

Francois Bianco

Societe Valaisanne de Physique

8 decembre 2007

Francois Bianco Prix Nobel de physique 2007

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L’annonce

L’academie royale des sciences suedoise decerne conjointement leprix Nobel de physique 2007 a Albert Fert et Peter Grunbergpour leur decouverte de la magnetoresistance geante (GMR).


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1 L’annonce2 Plan3 Introduction

HistoriqueInterets scientifiques et techniquesCapacites de stockage

4 Concepts physiquesOrbitalesEnergie de FermiDensite d’etats et conductiviteSpin et ferromagnetismeMagnetoresitance

5 Magnetoresistance geanteConfigurations experimentalesMesuresInterpretation

Valves a spinMacroscopique

6 Magnetoresistance tunnel7 Applications8 Conclusion


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Historique

1857 Lord Kelvin decouvre la magnetoresistance

1960 Developpement de la croissance epitaxiale par jetsmoleculaires (MBE)

1970 Debut de la physique des couches fines ferromagnetiques

1988 Decouverte de la GMR

1996 IBM fabrique le premier disque dur utilisant la GMRpour la tete de lecture


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Interets scientifiques et techniques

Decouverte d’un effet totalement inattendu par la theorie.

Permet la realisation de nouveau senseurs magnetiques ...

... et d’une nouvelle generation d’electronique.

Revolutionne les techniques permettant de lire l’informationstockee sur les disques durs.

Une des premieres applications importante de lananotechnologie.


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Capacites de stockages des disques durs


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OrbitalesEnergie de FermiDensite d’etats et conductiviteSpin et ferromagnetismeMagnetoresitance

Orbitales

En prenant en compte que :

les etats electroniques sontquantifies

la position ne peut etredeterminee precisement

on definit une orbitale commel’endroit ou l’on a le plus dechance de trouver l’electron dansun etat donne.


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Energie de Fermi

Les electrons sont desfermions

Chacun a son propre etatquantique.

On remplit les orbitalesdepuis le niveau d’energieminimum ...

... jusqu’a l’energie de Fermi.


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Densite d’etats

Densited’etats pour les

orbitales 3d et 4spour un metal.

Repesente le nombre d’electrons autorisesa chaque energie

La conductivite est proportionnelle aunombre d’etats a l’energie de Fermi.


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Spin et ferromagnetisme

Les electrons possedent un moment angulaire intrinseque appelespin d’une valeur de ±1

2~, note ↑ et ↓, celui-ci est orientable avecun champ magnetique.

Un desequilibreentre les deux sortesd’electrons resulteen un momentmagnetique.


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Magnetoresistance

La magnetoresistance est la propriete qu’ont certain materiaux depresenter une resistance qui evolue lorsqu’ils sont soumis a unchamp magnetique. Du au changement de la densite d’etats auniveau de Fermi.


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Configurations experimentalesMesuresInterpretation

Configurations experimentales

A.F P.G.Structure 30 bicouches Fe/Cr Tricouches Fe/Cr/FeCouplage Antiferromagnetique Antiferromagnetique

Temperature 4.2 K 300 K


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Mesures


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Interpretation : Valves a spins


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Interpretation macroscopique

RH=0 = 12 (R↑ + R↓) RH 6=0 = 2

R↑R↓R↑+R↓

⇒ ∆R = RH 6=0 − RH=0 = −12

(R↑−R↓)2

R↑+R↓


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Magnetoresistance tunnel

En remplacant le non-ferromagnetique par un isolateur ou unsemi-conducteur, on obtient l’effet de magnetoresistance tunnel(TMR) qui peut causer jusqu’a 200% de changement de resistance.


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Applications actuelles et futures

Tetes de lectures GMR pour les disques durs

Senseurs magnetiques (p.ex. vitesse de rotation)

Utilisant la magnetoresistance tunnel (TMR) :

Une memoire universelle : Memoire magnetique MRAM

Composants electroniques utilisant des effets lies aux spins

TransistorsLogique programmable (ex. FPGA)

C’est le domaine de la spintronique.


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Conclusion

Un effet physique dont (presque) tout le monde se sertquotidiennement.

Du a un etat different entre les electrons up et down au niveaude Fermi.Implique une resistance differentes pour les deux typesd’electron

Promet de nouvelles applications grace a des effets derives(ex. TMR).


Technology

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