La possibilité de combiner des couches ultra-minces magnétiques et non-magnétiques a permis de créer des hétéro-structures dont les dimensions sont inférieures aux longueurs caractéristiques du transport dépendant du spin. Cela a notamment conduit à la découverte de la magnétorésistance géante (GMR : Giant Magnetoresistance) et au développement d'expériences de transport dans la géométrie courant-perpendiculaire-plan (CPP).
Les progrès récents dans les techniques de lithographie ont permis la création de nanodispositifs latéraux dans lesquels les dimensions latérales deviennent plus petites que les longueurs physiques telles que la longueur de diffusion de spin. Ainsi, les effets habituellement observés dans les configurations courant-perpendiculaire-plan peuvent être observés de nos jours dans les dispositifs latéraux.
En utilisant des valves de spin latérales entièrement métalliques à base de CoFe, des chercheurs de notre institut montrent que des variations de magnétorésistance géantes de plus de 10% peuvent être obtenues (figures a et b), compétitives avec la magnétorésistance géante courant-perpendiculaire-plan.
Ils mettent également l'accent sur l'intérêt d'être en mesure d'adapter librement les géométries. D'une part, en adaptant les parties non-magnétiques, les chercheurs montrent qu'il est possible d'améliorer le signal de spin des structures géantes de magnétorésistance. D'autre part, ils montrent que l'adaptation de la géométrie des structures latérales permet de créer une mémoire multi-niveaux avec des signaux de spin élevés, en contrôlant la coercivité et l'anisotropie de forme des parties magnétiques.
a) Image SEM d'une valve de spin latérale à base de CoFe, avec la configuration électrique pour les mesures GMR. b) Mesure GMR correspondante à 10K
Les chercheurs ont de plus étudié un nouveau dispositif dans lequel la direction d'aimantation d'un nanodisque peut être détectée (figure c). Ils montrent ainsi que la capacité à contrôler les propriétés magnétiques peut être utilisée pour profiter de tous les degrés de liberté de spin, qui sont habituellement occultés dans les dispositifs courant-perpendiculaire-plan. Les signaux de spin obtenus dans des nanostructures purement métalliques peuvent ainsi rivaliser avec le CPP GMR. Au-delà de ce point, la flexibilité des structures latérales, relativement aux structures courant-perpendiculaire-plan, peut être combinée à l'utilisation des effets spin-orbite pour créer et détecter les accumulations de spin, et à l'utilisation de couples de transfert de spin pour commuter les aimantations. Ceci offre donc un nouveau terrain de jeu pour le développement d'applications en spintronique.
c) Image SEM d'une configuration permettant de détecter l'orientation de la direction d'aimantation d'un nanodisque CoFe. Le courant est injecté à travers le nanodisque, tandis que deux détecteurs non locaux mesurent le signal de spin non local V1 et V2.