Nouveaux Materiaux Magnétique pour la physique et les applications liées au transfert de spin – FRIENDS

Le projet ANR / NSF nommé « FRIENDS » est centré sur l'étude des interactions à l'échelle nanométrique entre un courant polarisé en spin et de nouveaux matériaux magnétiques donnant lieu aux phénomènes de transfert de spin. Les possibilités de recherche comprennent: les questions fondamentales concernant l’injection, la manipulation et la détection de spin. En vue d’applications l’étude de nouveaux matériaux et de nouvelles architectures est nécessaire. Pour cela il nous faudra aborder la caractérisation magnétique et structurale à l'échelle nanométrique, la compréhension et le contrôle de la dynamique de l’aimantation (phénomène d'amortissement, comportement collectif et de résonance dans des géométries confinées). L’étude de ces phénomènes complexes et fascinants nécessite des efforts combinés dans les domaines de la synthèse des matériaux, de leur caractérisation à haute résolution spatiale et temporelle, et de la compréhension théorique des phénomènes observés. Ces recherches fondamentales permettront le développement de nouveaux matériaux pour les applications dans les domaines du transfert de spin et impacterons plus largement la recherche et la formation des étudiants en nanosciences et des nanotechnologies.

L'objectif principal de ce projet concerne l’étude de nouveaux matériaux magnétiques nanostructurés pour la spintronique et, plus précisément pour les mémoires magnétiques basées sur l’effet de transfert de spin. Bien que l’effet de transfert de couple de spin ait été clairement démontré la grande majorité des recherches ont été sur des alliages de métaux de transition (par exemple permalloy (NiFe) et CoFe). Ces matériaux sont généralement des matériaux magnétiques doux où l'anisotropie est contrôlée par l’anisotropie de forme. Il est clair que ces matériaux sont loin d'être optimale pour comprendre la physique sous-jacente au phénomène de transfert de spin et à ses applications. Le but de la recherche sera donc de développer de nouveaux films magnétiques, des fils et des nano-éléments pour lesquels les paramètres intrinsèques des matériaux tels que les défauts intrinsèques, l’anisotropie magnétique, le coefficient d’amortissement, la polarisation en spin et l'aimantation peuvent être contrôlés et optimisés sur une large gamme. Les matériaux présentant la meilleure efficacité pourront alors être utilisés dans des dispositifs basés sur l’effet de transfert de spin. Cela permettra de tester les concepts de physique à la base du transfert spin. Nous pourrons alors connaitre l’influence des paramètres intrinsèques sur la dynamique de l'aimantation, le temps de renversement de l’aimantation, et les courants critiques. Cela permettra également de concevoir des matériaux et des architectures de dispositifs optimisés pour les applications du transfert de spin.
Dans un domaine aussi concurrentiel, la mise en commun des compétences est essentielle et un réseau international de collaborateurs est nécessaire. Ce type de collaboration scientifique nous donne l’occasion de travailler à un niveau de recherche excellent et de soutenir la prochaine génération de spécialistes des matériaux. En effet, ce projet s'appuie sur la renommée internationale des participants IEF (Orsay), IJL (Nancy) et l'UCSD (San Diego) dans les domaines du nanomagnétisme & de l’électronique de spin. Ces groupes ont déjà collaboré avec succès ce qui a donné lieu à l’organisation de colloques, de visites et d’échanges d’étudiant ainsi que plusieurs publications à fort facteur d’impact. Le financement de ce projet permettra de soutenir et d’étendre cette collaboration. L’objectif final est de développer une collaboration active et dynamique entre les laboratoires de recherche de premier plan aux États-Unis et en France.