Presentation Prix Nobel 2007 sur la magnétorésistance gigantesque
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Introduction au sujet du Prix Nobel 2007 sur la magnéto-résistance gigantesque préparée pour le Symposium de la Société Valaisanne de Physique
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Presentation Prix Nobel 2007 sur la magnétorésistance gigantesque
- 1. L’annonce Plan Introduction Concepts physiques Magn´etor´esistance g´eante Magn´etor´esistance tunnel Applications Conclusion Prix Nobel de physique 2007 La magn´etor´esitance g´eante Fran¸cois Bianco Soci´et´e Valaisanne de Physique 8 d´ecembre 2007 Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
- 2. L’annonce Plan Introduction Concepts physiques Magn´etor´esistance g´eante Magn´etor´esistance tunnel Applications Conclusion L’annonce L’acad´emie royale des sciences su´edoise d´ecerne conjointement le prix Nobel de physique 2007 `a Albert Fert et Peter Gr¨unberg pour leur d´ecouverte de la magn´etor´esistance g´eante (GMR). Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
- 3. L’annonce Plan Introduction Concepts physiques Magn´etor´esistance g´eante Magn´etor´esistance tunnel Applications Conclusion 1 L’annonce 2 Plan 3 Introduction Historique Int´erˆets scientifiques et techniques Capacit´es de stockage 4 Concepts physiques Orbitales ´Energie de Fermi Densit´e d’´etats et conductivit´e Spin et ferromagn´etisme Magn´etor´esitance 5 Magn´etor´esistance g´eante Configurations exp´erimentales Mesures Interpr´etation Valves `a spin Macroscopique 6 Magn´etor´esistance tunnel 7 Applications 8 Conclusion Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
- 4. L’annonce Plan Introduction Concepts physiques Magn´etor´esistance g´eante Magn´etor´esistance tunnel Applications Conclusion Historique Int´erˆets scientifiques et techniques Capacit´es de stockage Historique 1857 Lord Kelvin d´ecouvre la magn´etor´esistance 1960 D´eveloppement de la croissance ´epitaxiale par jets mol´eculaires (MBE) 1970 D´ebut de la physique des couches fines ferromagn´etiques 1988 D´ecouverte de la GMR 1996 IBM fabrique le premier disque dur utilisant la GMR pour la tˆete de lecture Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
- 5. L’annonce Plan Introduction Concepts physiques Magn´etor´esistance g´eante Magn´etor´esistance tunnel Applications Conclusion Historique Int´erˆets scientifiques et techniques Capacit´es de stockage Int´erˆets scientifiques et techniques D´ecouverte d’un effet totalement inattendu par la th´eorie. Permet la r´ealisation de nouveau senseurs magn´etiques ... ... et d’une nouvelle g´en´eration d’´electronique. R´evolutionne les techniques permettant de lire l’information stock´ee sur les disques durs. Une des premi`eres applications importante de la nanotechnologie. Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
- 6. L’annonce Plan Introduction Concepts physiques Magn´etor´esistance g´eante Magn´etor´esistance tunnel Applications Conclusion Historique Int´erˆets scientifiques et techniques Capacit´es de stockage Capacit´es de stockages des disques durs Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
- 7. L’annonce Plan Introduction Concepts physiques Magn´etor´esistance g´eante Magn´etor´esistance tunnel Applications Conclusion Orbitales ´Energie de Fermi Densit´e d’´etats et conductivit´e Spin et ferromagn´etisme Magn´etor´esitance Orbitales En prenant en compte que : les ´etats ´electroniques sont quantifi´es la position ne peut ˆetre d´etermin´ee pr´ecisement on d´efinit une orbitale comme l’endroit o`u l’on a le plus de chance de trouver l’´electron dans un ´etat donn´e. Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
- 8. L’annonce Plan Introduction Concepts physiques Magn´etor´esistance g´eante Magn´etor´esistance tunnel Applications Conclusion Orbitales ´Energie de Fermi Densit´e d’´etats et conductivit´e Spin et ferromagn´etisme Magn´etor´esitance ´Energie de Fermi Les ´electrons sont des fermions Chacun a son propre ´etat quantique. On remplit les orbitales depuis le niveau d’´energie minimum ... ... jusqu’`a l’´energie de Fermi. Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
- 9. L’annonce Plan Introduction Concepts physiques Magn´etor´esistance g´eante Magn´etor´esistance tunnel Applications Conclusion Orbitales ´Energie de Fermi Densit´e d’´etats et conductivit´e Spin et ferromagn´etisme Magn´etor´esitance Densit´e d’´etats Densit´e d’´etats pour les orbitales 3d et 4s pour un m´etal. Rep´esente le nombre d’´electrons autoris´es `a chaque ´energie La conductivit´e est proportionnelle au nombre d’´etats `a l’´energie de Fermi. Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
- 10. L’annonce Plan Introduction Concepts physiques Magn´etor´esistance g´eante Magn´etor´esistance tunnel Applications Conclusion Orbitales ´Energie de Fermi Densit´e d’´etats et conductivit´e Spin et ferromagn´etisme Magn´etor´esitance Spin et ferromagn´etisme Les ´electrons poss`edent un moment angulaire intrins`eque appel´e spin d’une valeur de ±1 2 , not´e ↑ et ↓, celui-ci est orientable avec un champ magn´etique. Un d´es´equilibre entre les deux sortes d’´electrons r´esulte en un moment magn´etique. Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
- 11. L’annonce Plan Introduction Concepts physiques Magn´etor´esistance g´eante Magn´etor´esistance tunnel Applications Conclusion Orbitales ´Energie de Fermi Densit´e d’´etats et conductivit´e Spin et ferromagn´etisme Magn´etor´esitance Magn´etor´esistance La magn´etor´esistance est la propri´et´e qu’ont certain mat´eriaux de pr´esenter une r´esistance qui ´evolue lorsqu’ils sont soumis `a un champ magn´etique. Dˆu au changement de la densit´e d’´etats au niveau de Fermi. Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
- 12. L’annonce Plan Introduction Concepts physiques Magn´etor´esistance g´eante Magn´etor´esistance tunnel Applications Conclusion Configurations exp´erimentales Mesures Interpr´etation Configurations exp´erimentales A.F P.G. Structure 30 bicouches Fe/Cr Tricouches Fe/Cr/Fe Couplage Antiferromagn´etique Antiferromagn´etique Temp´erature 4.2 K 300 K Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
- 13. L’annonce Plan Introduction Concepts physiques Magn´etor´esistance g´eante Magn´etor´esistance tunnel Applications Conclusion Configurations exp´erimentales Mesures Interpr´etation Mesures Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
- 14. L’annonce Plan Introduction Concepts physiques Magn´etor´esistance g´eante Magn´etor´esistance tunnel Applications Conclusion Configurations exp´erimentales Mesures Interpr´etation Interpr´etation : Valves `a spins Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
- 15. L’annonce Plan Introduction Concepts physiques Magn´etor´esistance g´eante Magn´etor´esistance tunnel Applications Conclusion Configurations exp´erimentales Mesures Interpr´etation Interpr´etation macroscopique RH=0 = 1 2 (R↑ + R↓) RH=0 = 2 R↑R↓ R↑+R↓ ⇒ ∆R = RH=0 − RH=0 = −1 2 (R↑−R↓) 2 R↑+R↓ Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
- 16. L’annonce Plan Introduction Concepts physiques Magn´etor´esistance g´eante Magn´etor´esistance tunnel Applications Conclusion Magn´etor´esistance tunnel En rempla¸cant le non-ferromagn´etique par un isolateur ou un semi-conducteur, on obtient l’effet de magn´etor´esistance tunnel (TMR) qui peut causer jusqu’`a 200% de changement de r´esistance. Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
- 17. L’annonce Plan Introduction Concepts physiques Magn´etor´esistance g´eante Magn´etor´esistance tunnel Applications Conclusion Applications actuelles et futures Tˆetes de lectures GMR pour les disques durs Senseurs magn´etiques (p.ex. vitesse de rotation) Utilisant la magn´etor´esistance tunnel (TMR) : Une m´emoire universelle : M´emoire magn´etique MRAM Composants ´electroniques utilisant des effets li´es aux spins Transistors Logique programmable (ex. FPGA) C’est le domaine de la spintronique. Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
- 18. L’annonce Plan Introduction Concepts physiques Magn´etor´esistance g´eante Magn´etor´esistance tunnel Applications Conclusion Conclusion Un effet physique dont (presque) tout le monde se sert quotidiennement. Dˆu `a un ´etat diff´erent entre les ´electrons up et down au niveau de Fermi. Implique une r´esistance diff´erentes pour les deux types d’´electron Promet de nouvelles applications grˆace `a des effets d´eriv´es (ex. TMR). Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007