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Presentation Prix Nobel 2007 sur la magnétorésistance gigantesque

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Introduction au sujet du Prix Nobel 2007 sur la magnéto-résistance gigantesque préparée pour le Symposium de la Société Valaisanne de Physique

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Presentation Prix Nobel 2007 sur la magnétorésistance gigantesque

  1. 1. L’annoncePlanIntroductionConcepts physiquesMagn´etor´esistance g´eanteMagn´etor´esistance tunnelApplicationsConclusionPrix Nobel de physique 2007La magn´etor´esitance g´eanteFran¸cois BiancoSoci´et´e Valaisanne de Physique8 d´ecembre 2007Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
  2. 2. L’annoncePlanIntroductionConcepts physiquesMagn´etor´esistance g´eanteMagn´etor´esistance tunnelApplicationsConclusionL’annonceL’acad´emie royale des sciences su´edoise d´ecerne conjointement leprix Nobel de physique 2007 `a Albert Fert et Peter Gr¨unbergpour leur d´ecouverte de la magn´etor´esistance g´eante (GMR).Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
  3. 3. L’annoncePlanIntroductionConcepts physiquesMagn´etor´esistance g´eanteMagn´etor´esistance tunnelApplicationsConclusion1 L’annonce2 Plan3 IntroductionHistoriqueInt´erˆets scientifiques et techniquesCapacit´es de stockage4 Concepts physiquesOrbitales´Energie de FermiDensit´e d’´etats et conductivit´eSpin et ferromagn´etismeMagn´etor´esitance5 Magn´etor´esistance g´eanteConfigurations exp´erimentalesMesuresInterpr´etationValves `a spinMacroscopique6 Magn´etor´esistance tunnel7 Applications8 ConclusionFran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
  4. 4. L’annoncePlanIntroductionConcepts physiquesMagn´etor´esistance g´eanteMagn´etor´esistance tunnelApplicationsConclusionHistoriqueInt´erˆets scientifiques et techniquesCapacit´es de stockageHistorique1857 Lord Kelvin d´ecouvre la magn´etor´esistance1960 D´eveloppement de la croissance ´epitaxiale par jetsmol´eculaires (MBE)1970 D´ebut de la physique des couches fines ferromagn´etiques1988 D´ecouverte de la GMR1996 IBM fabrique le premier disque dur utilisant la GMRpour la tˆete de lectureFran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
  5. 5. L’annoncePlanIntroductionConcepts physiquesMagn´etor´esistance g´eanteMagn´etor´esistance tunnelApplicationsConclusionHistoriqueInt´erˆets scientifiques et techniquesCapacit´es de stockageInt´erˆets scientifiques et techniquesD´ecouverte d’un effet totalement inattendu par la th´eorie.Permet la r´ealisation de nouveau senseurs magn´etiques ...... et d’une nouvelle g´en´eration d’´electronique.R´evolutionne les techniques permettant de lire l’informationstock´ee sur les disques durs.Une des premi`eres applications importante de lananotechnologie.Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
  6. 6. L’annoncePlanIntroductionConcepts physiquesMagn´etor´esistance g´eanteMagn´etor´esistance tunnelApplicationsConclusionHistoriqueInt´erˆets scientifiques et techniquesCapacit´es de stockageCapacit´es de stockages des disques dursFran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
  7. 7. L’annoncePlanIntroductionConcepts physiquesMagn´etor´esistance g´eanteMagn´etor´esistance tunnelApplicationsConclusionOrbitales´Energie de FermiDensit´e d’´etats et conductivit´eSpin et ferromagn´etismeMagn´etor´esitanceOrbitalesEn prenant en compte que :les ´etats ´electroniques sontquantifi´esla position ne peut ˆetred´etermin´ee pr´ecisementon d´efinit une orbitale commel’endroit o`u l’on a le plus dechance de trouver l’´electron dansun ´etat donn´e.Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
  8. 8. L’annoncePlanIntroductionConcepts physiquesMagn´etor´esistance g´eanteMagn´etor´esistance tunnelApplicationsConclusionOrbitales´Energie de FermiDensit´e d’´etats et conductivit´eSpin et ferromagn´etismeMagn´etor´esitance´Energie de FermiLes ´electrons sont desfermionsChacun a son propre ´etatquantique.On remplit les orbitalesdepuis le niveau d’´energieminimum ...... jusqu’`a l’´energie de Fermi.Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
  9. 9. L’annoncePlanIntroductionConcepts physiquesMagn´etor´esistance g´eanteMagn´etor´esistance tunnelApplicationsConclusionOrbitales´Energie de FermiDensit´e d’´etats et conductivit´eSpin et ferromagn´etismeMagn´etor´esitanceDensit´e d’´etatsDensit´ed’´etats pour lesorbitales 3d et 4spour un m´etal.Rep´esente le nombre d’´electrons autoris´es`a chaque ´energieLa conductivit´e est proportionnelle aunombre d’´etats `a l’´energie de Fermi.Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
  10. 10. L’annoncePlanIntroductionConcepts physiquesMagn´etor´esistance g´eanteMagn´etor´esistance tunnelApplicationsConclusionOrbitales´Energie de FermiDensit´e d’´etats et conductivit´eSpin et ferromagn´etismeMagn´etor´esitanceSpin et ferromagn´etismeLes ´electrons poss`edent un moment angulaire intrins`eque appel´espin d’une valeur de ±12 , not´e ↑ et ↓, celui-ci est orientable avecun champ magn´etique.Un d´es´equilibreentre les deux sortesd’´electrons r´esulteen un momentmagn´etique.Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
  11. 11. L’annoncePlanIntroductionConcepts physiquesMagn´etor´esistance g´eanteMagn´etor´esistance tunnelApplicationsConclusionOrbitales´Energie de FermiDensit´e d’´etats et conductivit´eSpin et ferromagn´etismeMagn´etor´esitanceMagn´etor´esistanceLa magn´etor´esistance est la propri´et´e qu’ont certain mat´eriaux depr´esenter une r´esistance qui ´evolue lorsqu’ils sont soumis `a unchamp magn´etique. Dˆu au changement de la densit´e d’´etats auniveau de Fermi.Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
  12. 12. L’annoncePlanIntroductionConcepts physiquesMagn´etor´esistance g´eanteMagn´etor´esistance tunnelApplicationsConclusionConfigurations exp´erimentalesMesuresInterpr´etationConfigurations exp´erimentalesA.F P.G.Structure 30 bicouches Fe/Cr Tricouches Fe/Cr/FeCouplage Antiferromagn´etique Antiferromagn´etiqueTemp´erature 4.2 K 300 KFran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
  13. 13. L’annoncePlanIntroductionConcepts physiquesMagn´etor´esistance g´eanteMagn´etor´esistance tunnelApplicationsConclusionConfigurations exp´erimentalesMesuresInterpr´etationMesuresFran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
  14. 14. L’annoncePlanIntroductionConcepts physiquesMagn´etor´esistance g´eanteMagn´etor´esistance tunnelApplicationsConclusionConfigurations exp´erimentalesMesuresInterpr´etationInterpr´etation : Valves `a spinsFran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
  15. 15. L’annoncePlanIntroductionConcepts physiquesMagn´etor´esistance g´eanteMagn´etor´esistance tunnelApplicationsConclusionConfigurations exp´erimentalesMesuresInterpr´etationInterpr´etation macroscopiqueRH=0 = 12 (R↑ + R↓) RH=0 = 2R↑R↓R↑+R↓⇒ ∆R = RH=0 − RH=0 = −12(R↑−R↓)2R↑+R↓Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
  16. 16. L’annoncePlanIntroductionConcepts physiquesMagn´etor´esistance g´eanteMagn´etor´esistance tunnelApplicationsConclusionMagn´etor´esistance tunnelEn rempla¸cant le non-ferromagn´etique par un isolateur ou unsemi-conducteur, on obtient l’effet de magn´etor´esistance tunnel(TMR) qui peut causer jusqu’`a 200% de changement de r´esistance.Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
  17. 17. L’annoncePlanIntroductionConcepts physiquesMagn´etor´esistance g´eanteMagn´etor´esistance tunnelApplicationsConclusionApplications actuelles et futuresTˆetes de lectures GMR pour les disques dursSenseurs magn´etiques (p.ex. vitesse de rotation)Utilisant la magn´etor´esistance tunnel (TMR) :Une m´emoire universelle : M´emoire magn´etique MRAMComposants ´electroniques utilisant des effets li´es aux spinsTransistorsLogique programmable (ex. FPGA)C’est le domaine de la spintronique.Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007
  18. 18. L’annoncePlanIntroductionConcepts physiquesMagn´etor´esistance g´eanteMagn´etor´esistance tunnelApplicationsConclusionConclusionUn effet physique dont (presque) tout le monde se sertquotidiennement.Dˆu `a un ´etat diff´erent entre les ´electrons up et down au niveaude Fermi.Implique une r´esistance diff´erentes pour les deux typesd’´electronPromet de nouvelles applications grˆace `a des effets d´eriv´es(ex. TMR).Fran¸cois Bianco Prix Nobel de physique 2007

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