Contôle par champ électrique de nanoaimant – VOLCONANO

Dans le cadre du CES 09 – “Nanomatériaux et nanotechnologies pour les produits du futur”, ce projet repose sur une stratégie tout à fait inexplorée de moduler en temps réel les propriétés magnétiques et les états de charge de nanostructures multiferroïques hybrides (0D/2D) par une tension externe. En effet, être capable de contrôler le magnétisme au moyen d’un champ électrique est une question essentielle pour le développement de futur dispositif d’électronique de spin faible consommation. Dans le contexte de l’enregistrement dense thermiquement activé, l’alliage FeRh chimiquement ordonné dans la phase B2 CsCl qui présente une transition de phase métamagnétique (MPT) depuis un ordre antiferromagnétique (AF) à basse température vers un ordre ferromagnétique (FM) juste au-dessus de la température ambiante, est un excellent candidat pour évaluer la possibilité de modifier le magnétisme par stimuli extérieur. Le système hybride proposé dans le projet VOLCONANO repose sur le contrôle interfacial par une tension électrique externe, de la transition de phase métamagnétique dans une nanostructure multiferroïque à base d’agrégats FeRh, en combinant les effets de réduction de taille, de contrainte épitaxiale et d’accumulation de charges. Pour cela, nous explorerons les effets de taille finie dans des hétérostructures multiferroïques à l’échelle nanomètrique ultime, en déposant des nanoaimants FeRh monodomaines dans la gamme de 2 à 8 nm de diamètre, sur des cristaux FE de différentes natures et orientations, permettant ainsi d’ajuster la polarisation, la surface chimique et les contraintes en vue de découpler ces effets dans les réponses magnéto-électriques d’un dispositif capacitif original. Dans un premier temps, nous essaierons d’induire un changement progressif sous champ électrique de l’ordre magnétique dans des nanoparticules FeRh dans la phase B2 déposées sur un cristal piezo et ferroélectrique BaTiO3. Nous utiliserons aussi un autre substrat FE pour la croissance des NPs comme un cristal de LiNbO3 que l’on peut se fournir pré-polarisé en domaines FE tête-bêche afin d’isoler les effets potentiels de surface. Pour travailler au-delà des monocristaux, nous proposerons d’intégrer des dispositifs combinant des NPs avec des films minces piezo et FE de Pb(Zr,Ti)O3 déjà utilisés pour l’électronique de spin. Finalement, pour s’affranchir des effets magnétostrictifs, nous utiliserons d’autres films diélectriques comme ZrO2 ou HfO2, ayant un fort champ de claquage électrique permettant un large filtrage des accumulations de charges. La forte sensibilité des NPs au magnétisme de leurs atomes de surface, offrira l’opportunité d’exacerber le couplage magnéto-électrique à l’interface dans ces nanostructures hybrides multiferroïques. Les modifications induites sous tension externe, de la structure électronique des différents constituants seront suivies par des mesures magnéto-optique Operando sous synchrotron. En exploitant les expertises complémentaires de notre consortium, en synthèse et caractérisation de nanoparticules magnétiques et de matériaux ferroélectriques, l’objectif de ce projet est de développer à terme un dispositif hybride artificiel basé sur le dépôt d’agrégats magnétiques FeRh sur un substrat FE pour étudier les 2 ordres ferroïques sous polarisation électrique. Outre le fait qu’un tel système pourrait présenter un intérêt particulier dans les dispositifs du futur du à la non-volatibilité de l’information qui pourrait être stockée dans un nanoaimant ayant sa propre anisotropie, ce projet permettra une meilleur compréhension du couplage magnétoélectrique à l’interface en explorant la transition AF/FM d’un dispositif multiferroïque original basé sur la croissance de nanoaimants FeRh bien définis sur une surface cristalline FE, pourrait avoir des applications futures dans le domaine de la quantronique.