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Scalabilité et amélioration des propriétés de couplage d’échange pour TA-MRAM

Lundi 16 décembre 2013 14:00 - Duree : 2 heures 30 minutes
Lieu : Amphithéâtre du CNRS bâtiment A, 3ème étage - 25 rue des Martyrs - Grenoble

Orateur : Soutenance de Thèse de Giovanni VINAI

Le couplage d’échange entre une couche ferromagnétique (F) et une antiferromagnétique (AF) est un phénomène physique largem ent utilisé dans des applications technologiques comme les vannes de spin et les mémoires magnétiques à accès aléatoire (MRAM). Ce couplage est utilisé notamment pour fixer l’orientation de l’aimantation de la couche de référence de ces dispositifs. Dans une approche innovante de MRAM à écriture assistée thermiquement développée par Crocus Technology, le couplage d’échange est utilisé pour bloquer la direction de l’aimantation de la couche de stockage. Cette particularité permet de s’affranchir du dilemme classique de la miniaturisation des mémoires, la puissance consommée à l’écriture et la stabilité thermique étant généralement liées. Pour le fonctionnement de ce type de dispositifs, pour lesquels fiabilité et rétention des données sont des paramètres clé, il est crucial de comprendre et de contrôler les effets de taille finie sur le couplage d’échange, sa variabilité entre différents plots, ainsi que la dépendance thermique des propriétés magnétiques. Dans le cadre de cette thèse, les effets de taille finie ont été étudiés sur des réseaux de plots carrés IrMn/Co couplés par échange, avec des tailles latérales allant de 200 à 50 nm. L’étude a été focalisée sur deux aspects : les effets micro-magnétiques dus à l’épaisseur de la couche F et les effets microstructuraux dus à la distribution de taille des grains dans l’AF. Après la nanofabrication, les échantillons ont été caractérisés par Microscopie à Force Magnétique (MFM) et par des mesures d’effet Kerr focalisé. Les mesures expérimentales ont montré une dépendance de la variation du couplage d’échange avec la configuration micro-magnétique et la taille latérale des plots. Des simulations atomistiques, effectuées en collaboration avec le laboratoire L_Sim, ont notamment confirmé que les effets micromagnétiques dans la couche F sont responsables des instabilités des grains AF en bord du plot. Deuxièmement, les effets thermiques ont été étudiés dans les bicouches IrMn/Co et tricouches (Pt(Pd)/Co)3/IrMn/Co. Grâce à la couche à aimantation perpendiculaire supplémentaire dans les tricouches, plusieurs améliorations des propriétés d’échange ont été démontrées (l’épaisseur critique d’IrMn, la valeur maximale d’échange, la température de blocage et la courbure de la dépendance de Hex avec la température notamment). Ces effets ont été décrits par un modèle granulaire du couplage d’échange. Deux explications physiques sont proposées : le couplage indirect entre grains AF par l’intermédiaire de la couche perpendiculaire et un effet de distorsion hors du plan du réseau de spins de l’IrMn. Enfin, le couplage d’échange a été encore amélioré grâce à l’introduction d’une couche extrêmement fine de Cu à l’interface IrMn/Co, et ce, pour les deux structures (bicouche et tricouche).

Contact : rachel.mauduit@cea.fr

Discipline évènement : (Physique)
Nature évènement : (Soutenance de thèse)
Site de l'évènement : Polygone scientifique

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