FerroElectroMagnétiques: Matériaux pour l'Electronique de Spin – FEMMES

Les matériaux Ferroélectromagnétiques (FEM) sont simultanément ferroélectriques et ferromagnétiques et présentent de plus un couplage entre les ordres magnétique et électrique. Il devient dès lors possible de retourner l'aimantation d'un tel composé par un champ électrique ou de renverser sa polarisation par un champ magnétique. Le but de ce projet est l'élaboration de matériaux FEM, présentant des propriétés électrique et magnétique optimisées et fortement couplées entre elles, avec pour objectif de les insérer dans des hétérostructures afin d'évaluer leur potentiel. Nous nous focaliserons en particulier sur la manipulation de la polarisation par un champ magnétique et de l'aimantation par un champ électrique pour concevoir de nouvelles applications notamment dans le cadre de l'électronique de Spin.Le premier objectif sera l'obtention de FEM ayant des propriétés optimisées et présentant un fort couplage entre les deux ordres. Pour atteindre cet objectif, notre approche vis à vis des matériaux sera duale. D'une part nous chercherons à optimiser les propriétés des FEM massifs par des effets de dopage et de substitutions cationiques, d'autre part nous créerons des FEM artificiels en combinant à l'échelle atomique des matériaux ferroélectriques et des matériaux ferromagnétiques.Le deuxième objectif de FEMMES, sera la détermination des propriétés électrique et magnétique de ces matériaux en couches minces et l'optimisation du couplage. Cette phase permettra de mieux comprendre la physique de ces composés, notamment du phénomène de couplage entre leurs propriétés.Finalement, la troisième phase de ce projet est consacrée à la réalisation de nouveaux dispositifs permettant l'exploitation des propriétés de ces matériaux multifonctionnels et l'évaluation de leur potentiel dans le cadre de l'électronique de spin. Une réflexion plus large sera effectuée par le consortium sur les applications de ces matériaux. Les dispositifs envisagés sont: un élément de mémoire magnétique reconfigurable électriquement, un filtre en spin reconfigurable et une mémoire magnétique à quatre états. Ces dispositifs adressent des problèmes bien réels du stockage de données, tel que la puissance consommée et la densité de stockage. Le consortium réuni pour atteindre ces objectifs se compose de quatre laboratoires (issus des départements de physique et de chimie) reconnus internationalement pour leur expertise en synthèse des matériaux, croissance par ablation laser et caractérisations structurales de films minces, ainsi qu'en caractérisations magnétiques et ferroélectriques. Une attention toute particulière sera donnée à la mise en évidence des effets de couplage entre les ordres magnétique et électrique, qui constituent la clé de voûte de ce projet, grâce à des techniques de pointe comme la réflectivité de neutrons polarisés, l'effet Kerr et l'effet Faraday, la biréfringence linéaire et la génération de seconde harmonique.