Maximilien Cazayous, Univeristé Paris Diderot

Jeudi 19 Mai 2011, 16h00
Amphi Boreau, Esc C, 2ème etage

Les mulitferroïques : une nouvelle voie pour l’électronique de spins

Maximilien Cazayous

Les multiferroïques sont des matériaux qui présentent la rare propriété de posséder simultanément un ordre ferroélectrique et un ordre magnétique qui dans certains cas interagissent. Une telle interaction est un enjeu considérable dans l’électronique de spin ou le stockage de l’information car elle offre l’opportunité de contrôler les spins via un champ électrique et la polarisation via un champ magnétique.

Après une introduction sur ces matériaux et leur renouveau, je présenterai les 2 axes de recherches les plus dynamiques du domaine.

Le premier axe a une visée applicative directe. En effet, la réduction de la taille des transistors dans le domaine nanométrique se heurte à des problèmes de fabrication et de fonctionnement avec l’apparition de nouveaux phénomènes quantiques. La magnonique (dérivée de magnon qui est une excitation collective des spins) est une approche originale de l’électronique de spin (spintronique) qui se propose d’utiliser les ondes de spins pour transporter et traiter l’information, par analogie aux photons et aux ondes électromagnétiques. Comme pour la spintronique, l’un des enjeux majeurs de la magnonique est l’utilisation de forte puissance pour contrôler et écrire l’information (obtenus par l’application d’un champ magnétique ou par un transfert de spin via un fort courant de spin polarisé). Les multiferroïques sont des matériaux très prometteurs pour pallier à cette difficulté. Mes derniers résultats en collaboration avec le CEA Saclay (SPEC) et l’unité mixte de Physique CNRS/Thales montrent que dans le composé BiFeO3, un multiferroïque à température ambiante, la fréquence des ondes de spins (>600 GHz) peut être modifiée électriquement de plus de 30% de façon non volatile et sans dissipation de puissance.[1] Les calculs théoriques à l’appui de ce travail indiquent que cet effet provient d’un couplage magnéto-électrique linéaire relatif au couplage spin-orbite induit par le champ électrique appliqué. De telles propriétés font de BiFeO3 un matériau très prometteur pour la génération d’ondes de spin, leur conversion et leur contrôle dans les futurs dispositifs magnoniques.

Le deuxième axe s’appuie sur la découverte de nouvelles excitations dans les multiferroïques. Un mode de vibration polarisé électriquement transfère à l’onde de spin (appelée magnon) son caractère électrique donnant ainsi naissance à un nouveau type d’excitations : les électromagnons, intrication nouvelle du magnétisme et de la charge électrique à l’échelle nanométrique. Les mesures sous champ magnétique sur le composé TBMnO3 ont montré qu’il était possible de déshybrider ces excitations et de révéler l’excitation magnétique et le phonon polaire mis en jeu dans ce type d’excitations hybrides. [2]

Finalement, je dresserai les perspectives du domaine.

[1] Electric-field control of spin waves at room temperature in multiferroic BiFeO3, P. Rovillain, R. de Sousa, Y. Gallais, A. Sacuto, M. A. Méasson, D. Colson, A. Forget, M. Bibes, A. Barthélémy et M. Cazayous Nature Materials, 9 (2010).
[2] Magnetic field induced dehybridization of the electromagnons in multiferroic TbMnO3, P. Rovillain, M. Cazayous, Y. Gallais, M-A. Measson, A. Sacuto, H. Sakata, and M. Mochizuki (2011).

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