OVNI Optique grande Vitesse pour l’électroNIque de spin – UFO

Un nouveau domaine émerge qui combine l'optique ultra rapide, le nanomagnétisme et l'électronique de spin. Il ouvrira de nouvelles possibilités de manipulation et de transport d'informations ultra rapides et peu dissipatives. Dans ce projet OVNI, un laser ultra-rapide sera utilisé pour générer des impulsions d'électrons chauds. Les impulsions d'électrons chauds d'une durée inférieure à la picoseconde permettront ensuite de manipuler le spin et la magnétisation dans les dispositifs spintroniques. Un consortium solide s'occupera de ce projet : l'équipe de l'IJL a montré que non seulement les alliages ferrimagnétiques, mais aussi les multicouches ferromagnétiques et les médias granulaires peuvent être commutés par des impulsions laser sub-picoseconde. Ils ont également démontré très récemment, pour la première fois, que des impulsions d'électrons chauds d'une durée inférieure à la picoseconde peuvent générer une commutation de magnétisation ultrarapide. D'autre part, l'équipe de SPINTEC a une longue expérience reconnue au niveau international dans le domaine de la spintronique et de ses applications. Enfin, l'équipe du LPCT est experte dans les calculs ab initio, en particulier la théorie fonctionnelle de la densité.

Le programme de recherche OVNI peut être résumé par ses trois objectifs principaux:

- Fournir une compréhension fondamentale de l'interaction entre les impulsions ultra-courtes (polarisées) de lumière ou le courant polarisé en spin et l’aimantation, en particulier à l'échelle nanométrique et à l'échelle femto-seconde dans des dispositifs spintroniques ;
- Démontrer que l‘aimantation et le courant polarisé peuvent être manipulés dans des dispositifs spintroniques tels que des croix de Hall pour le renversement par SOT, des vannes de spin et des jonctions tunnel à l'aide de pulse de lumière polarisée ultra-rapide;
- Fabriquer des prototypes de dispositifs spintroniques (cellules de mémoire et éléments logiques) démontrant la vitesse, l'efficacité énergétique et la miniaturisation lorsqu'ils sont éclairés par des impulsions laser femtoseconde.

Le projet mènera également à une meilleure compréhension des mécanismes de renversement d’aimantation par pulses femto secondes tout-électronique (AES) ou tout-optique (AOS). Dans les deux cas, les interactions (lumière/ électron/aimantation) hors équilibre aux échelles de la femto-second font toujours l’objet de fortes discussions dans la communauté scientifique. Notre objectif est d'étudier la spin-orbitronique aux échelles fondamentales de temps et de longueur des interactions électron / matière – des relaxations diffusions et thermalisations électronique et de spin, - qui sont de l'ordre de 1-10 nm et 10-100 fs pour le matériau considéré. Pour la compréhension de cette physique hors équilibre, il est essentiel de regrouper les moyens et les compétences nécessaires. Nous devons développer une approche multidisciplinaire combinant la croissance des nanomatériaux ainsi que la caractérisation structurale, électronique et magnétique, la micro et la nanofabrication de dispositifs spintroniques, des capacités optiques ultra-rapides pour détecter les caractéristiques des impulsions électroniques ultra-courtes et la dynamique de magnétisation induite par les ultra-courts des impulsions électroniques et enfin des outils théoriques et de modélisation pour déterminer les mécanismes derrière la génération d'impulsions électroniques ultra-courte et la dynamique de l’aimantation. Au cours des dix dernières années, les trois partenaires (IJL, Spintec et LPCT) ont développé les outils, l'infrastructure et les compétences nécessaires pour atteindre ces objectifs et sont désormais prêts à réunir des chercheurs hautement qualifiés et complémentaires pour relever ces défis interdisciplinaires.