Spintronique

Le Programme et Équipements Prioritaires de Recherche en Spintronique est un programme exploratoire visant à soutenir une recherche innovante, afin de développer un monde numérique plus frugal, agile et durable. En repoussant les frontières de l’électronique traditionnelle, ce programme de recherche a pour objectif de préparer un nouveau cycle d'innovation en spintronique et d’accompagner le renouveau industriel à caractère sociétal majeur dans divers domaines : le stockage de données, la cybersécurité, l’automobile, l’intelligence artificielle, l’aéronautique, la robotique, les biotechnologies ou encore le biomédical.

Budget alloué : 38 M€ alloués sur une durée de 8 ans

Appel en cours : PEPR Exploratoire SPIN "Innovations spintroniques pour un numérique frugal, agile et durable" - Appel à projets - 2024

Appels à venir : Mars 2026

Pilotes du programme :
 

Partenaires du programme : Université Grenoble Alpes ; Université Paris-Saclay ; Université de Lorraine

Direction de programme :

  • Vincent Cros, directeur de recherche - chercheur CNRS au laboratoire Albert Fert
  • Lucien Prejbeanu, directeur de recherche – chercheur au CEA au laboratoire SPINTEC

Manager de programme : Asli Denninger-Consigney, chargée de projet, CEA

Site web du programme : https://www.pepr-spin.fr

Le Programme de Recherche SPIN se consacre à la résolution de défis scientifiques spécifiques, en particulier ceux liés à l'empreinte environnementale croissante du « monde numérique », un enjeu dont l'urgence et l'ampleur ne peuvent plus être ignorées. Les projections indiquent qu’à l’horizon 2030, ce « monde numérique » pourrait représenter 20 à 30 % de la consommation mondiale d’électricité. Il est impératif de réévaluer les priorités en positionnant la frugalité comme un critère de performance incontournable.

Une des solutions que préconise le programme est la spintronique. Contraction de "Spin Transport Electronics", la spintronique est une branche de la physique et de l’électronique qui exploite la propriété quantique du spin des électrons.

Contrairement à l'électronique conventionnelle, qui se concentre principalement sur la manipulation de la charge électrique, la spintronique utilise également l'orientation intrinsèque du spin des électrons. Dotée de potentialités supérieures, elle ouvre de nouvelles perspectives, offrant des opportunités pour le développement de dispositifs innovants, performants, économes en énergie et reconfigurables.

Les missions du programme sont les suivantes :

  • Soutenir une recherche fondamentale innovante en spintronique.
     
  • Pérenniser le leadership de la communauté française en Europe et à l’international.
     
  • Renforcer ou créer des synergies avec d’autres communautés et avec les acteurs industriels nationaux.
  • D’inscrire durablement la spintronique dans la stratégie nationale en électronique pour les domaines de l’information et communication, de l’intelligence artificielle, de la sécurité ou encore de la santé.

Pour atteindre ses objectifs, le PEPR SPIN a défini un programme de travail précis dans cinq thématiques ciblées, l’ensemble étant soutenu par des actions transverses, elles aussi programmées :

La structuration du programme comprend, à ce jour :

  • 5 projets ciblés (Moonshot Project, MP) visant une approche intégrée de la recherche fondamentale sur les matériaux et les dispositifs. Ces 5 MPs ont déjà été sélectionnés sur la base de leur potentiel identifié, tant à générer des connaissances nouvelles qu’à démontrer des fonctionnalités en rupture pour des nouvelles générations de dispositifs spintroniques.
     
  • 3 projets transverses (Transverse Project, TP) visant à renforcer les moyens technologiques existants et apporter un soutien aux MPs : le développement de matériaux innovants ; la caractérisation avancée ; la modélisation multi-échelle. L’objectif est également de les structurer pour doter la France d'une infrastructure de recherche en spintronique unique, intégrée et de classe mondiale.
  • Un appel à manifestation d’intérêt (à venir)

Mots-clés : Textures de spin topologiques / Spintronique ultrarapide / Ondes de spin et magnonique / Dispositifs RF et THz / Détection magnétique/ Systèmes hybrides spin-photon-phonon / Collecte d'énergie / Calcul non conventionnel / Spintronique quantique / Internet des objets / Intelligence artificielle / Communications sécurisées / Mémoires magnétiques / Capteurs avancées / Électronique basse consommation / Solutions beyond-CMOS / Spin-orbitronique / Théorie et modélisation

Responsable d’Action ANR : Paolo Bondavalli

Date du lancement : le 22 janvier 2024 à la maison Minatec de Grenoble

Evènements : Journées annuelles du PEPR SPIN – 23 et 24 septembre 2024

Cinq projets ciblés (Moonshot Projects) ont déjà été lancés en novembre 2023 :

  • CHIREX : Au-delà du CMOS avec des textures chirales ;
  • TOAST : Vers une technologie THz basée sur le spin ;
  • SWING : Ondes de spin pour le traitement avancé de signaux ;
  • SPINCOM : Spintronique radiofréquence pour des solutions de communication intelligente ;
  • ADAGE : Détection magnétique de nouvelle génération

CHIREX : Des textures de spin chirales pour le beyond CMOS

L'objectif du projet CHIREX sera de tirer profit du fort potentiel technologique de différents types de textures magnétiques topologiques e.g. skyrmions magnétiques en démontrant la preuve de concept de dispositifs de mémoire et de logique intégrés à faible consommation basés sur leur manipulation et d'évaluer leurs paramètres clés.

TOAST : Vers une technologie THz basée sur le spin

Les principaux objectifs du projet TOAST sont d’une part d’améliorer les performances d’émetteurs THz spintroniques en termes de puissance, de modulation et d'agilité, en particulier dans la gamme 5-15 THz et d’autre part d’étudier des systèmes de matériaux basés sur des couches minces d'antiferromagnétiques et des matériaux de Hall ou de Rashba-Edelstein à spin inverse pour explorer les potentialités pour la détection et la manipulation de signaux THz.

SWING : Ondes de spin pour le traitement avancé des signaux

L’objectif du projet SWING est de développer des stratégies novatrices pour exciter, manipuler et détecter les ondes de spin avec une efficacité énergétique améliorée. Le couplage des ondes de spin à d'autres degrés de liberté, en particulier l'élastique, sera étudié pour une injection efficace d'énergie dans des systèmes magnoniques hybrides. Enfin, des transducteurs efficaces d'ondes de spin à l'échelle nanométrique seront conçues en intégrant des nano-aimants et des capteurs spintroniques sur des guides d'ondes magnoniques.

SPINCOM : De la spintronique rf pour des communications intelligentes

L’objectif du projet SPINCOM est d'établir des solutions matérielles compactes et à faible consommation d'énergie pour le traitement en périphérie (edge computing) et les communications sécurisées à l'aide de nano-oscillateurs à transfert de spin. Les travaux prévus concernent l'optimisation de la conversion RF-DC grâce à l'ingénierie des modes dynamiques et des matériaux, ainsi qu'une conception appropriée des circuits RF à faible consommation, pour la récolte d'énergie RF et les récepteurs radio de réveil (WuR) et d’autre part la maîtrise des dynamiques complexes, telles que le chaos ou les points exceptionnels dans le cas de plusieurs STNO couplés ou de la rétroaction retardée d'un seul oscillateur.

ADAGE : vers la détection magnétique augmentée

L’objectif du projet ADAGE est de développer des capteurs magnétiques plus sensibles, à faible consommation d'énergie, agiles et polyvalents. Premièrement, le rapport signal/bruit sera amélioré, visant un gain d'au moins un ordre de grandeur par rapport à l'état de l'art actuel. Deuxièmement, une nouvelle génération de capteurs intelligents aux propriétés ajustables (plage, linéarité et directivité), capables de couvrir diverses applications ou de s'adapter à leur configuration en temps réel, sera développée.

En savoir plus :

Site du PEPR :  https://www.pepr-spin.fr

Page X (Twitter) du PEPR

Page Linkedin du PEPR

Entretien de Vincent Cros pour le site du CNRS | cnrs.fr

Communiqué de presse de lancement | cea.fr

Mis à jour le 04 juin 2024
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