Effets magnéto-ioniques dans des matériaux magnétiques en utilisant l'implantation et l'irradiation ioniques
Year: 2024
Type: dissertation
Abstract: Les dispositifs spintroniques, qui utilisent à la fois les degrés de liberté électronique et de spin, répondent à la demande croissante d'applications au-delà de la technologie CMOS plus rapides, plus denses, non volatiles et à faible consommation d'énergie, telles que le stockage de données, la logique et le calcul neuromorphique. Dans les dispositifs spintroniques, tels que les mémoires magnétorésistives à accès aléatoire (MRAM), l'un des principaux obstacles consiste à obtenir une commutation à faible consommation d'énergie à l'aide d’approches basées sur le couple de transfert de spin (STT) et de couple de Spin orbite (SOT) basés sur un courant électrique. L'effet d'anisotropie magnétique contrôlée par tension (VCMA), qui exploite un champ électrique pour manipuler l'orientation du spin, offre des avancées prometteuses en termes d'efficacité énergétique par rapport aux approches basées sur un courant électrique. Parmi plusieurs approches VCMA, l'effet magnéto-ionique, qui module les propriétés magnétiques par la migration d'ions induite par une tension électrique, représente la meilleure approche en termes d'efficacité énergétique. Les défis posés par les structures à base de métaux lourds (HM), de ferromagnétiques (FM) et d'oxydes métalliques (MO) concernent l'optimisation de la mobilité ionique, de la non-volatilité et de la réversibilité. Dans cette thèse, nous adressons ces problèmes en tirant parti de l'irradiation et de l’implantation ionique pour optimiser l'effet magnéto-ionique dans les empilements magnétiques à base de CoFeB-MgO avec une anisotropie perpendiculaire. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié l'effet magnétoélectrique dans les films ultra-minces de W/CoFeB/MgO/ HfO₂ avec une anisotropie magnétique perpendiculaire dans l’état amorphe et cristallin. Nous constatons que dans l'état amorphe, l'effet du champ électrique est volatil et réversible, ce qui est cohérent avec l'effet électrostatique conventionnel par accumulation et déplétion de charges. Dans le système cristallisé recuit à 370 ℃, nous constatons que l'effet induit par la tension sur l’anisotropie perpendiculaire est non volatile et réversible en plus de la réponse électrostatique. Nous discutons ces résultats en termes de mobilité plus élevée de l'oxygène à l'interface CoFeB-MgO cristallisée. La modulation de l’anisotropie magnétique par effet de migration ionique dans les matériaux CoFeB-MgO cristallisés ouvre la voie à l'intégration de la magnéto-ionique dans les jonctions tunnel magnétiques. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous explorons l'influence de l'irradiation et de l'implantation d'ions Ne⁺ sur les effets magnéto-ioniques dans les structures amorphes Ta/CoFeB/Pt/MgO/ HfO₂. Notre étude révèle une augmentation notable de l'anisotropie magnétique perpendiculaire due au mélange atomique induit par le faisceau d'ions Ne⁺ aux interfaces HM/FM et FM/MO. Nous observons une réponse magnéto-ionique dépendante du flux d'ions à toutes les énergies, en contraste avec l'absence d'un tel effet dans les couches non irradiées. Nous suggérons que le faisceau d'ions Ne⁺ peut induire une cristallisation partielle des couches de CoFeB-MgO et nous proposons un modèle pour la formation de cristallites en fonction de la fluence ionique. Dans la troisième partie de cette thèse, nous présentons différents travaux collaboratifs obtenus dans le cadre du projet ITN Bemagic, notamment la modulation de la propagation des ondes de spin par l'effet magnéto-ionique dans le système W/CoFeB/MgO/HfO₂ et l'utilisation de l'effet magnéto-ionique pour contrôler la transition non magnétique-magnétique dans les films Co₃O₄ par l'ingénierie des défauts via l'implantation d'ions He⁺. Ces résultats soulignent non seulement le potentiel de l'irradiation et de l'implantation d'ions pour optimiser l'effet magnéto-ionique, mais ouvrent également de nouvelles voies pour l'ingénierie des matériaux à l'échelle atomique pour les technologies de spintronique.
Source: theses.fr (ABES)
Author: Chen, Song
Institution: Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies
Language: English
Subfield: Atomic and Molecular Physics, and Optics
Field: Physics and Astronomy
Domain: Physical Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W7046575920
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