Nouveaux dispositifs de vanne de spin basés sur la transition de phase du dioxyde de vanadium

Cette thèse se concentre sur la structure de dispositif typique de la spintronique, à savoir les vannes de spin, et introduit le matériau de transition de phase VO₂ dans les jonctions tunnel magnétiques (MTJ) et les vannes de spin ferromagnétiques. En utilisant la propriété de résistance variable du VO₂, l'auteur module l'ampleur de la magnétorésistance et le transport du courant de spin, explorant ainsi l'application des vannes de spin à transition de phase à des dispositifs spintroniques multifonctionnels et à haute performance. Les principaux travaux et résultats sont décrits ci-dessous : 1. L'auteur a mené une étude approfondie sur la croissance de films minces de VO₂ et la préparation de MTJ à haute performance. Des films ultraminces de VO₂ présentant d'excellentes caractéristiques de transition de phase sont obtenus par pulvérisation magnétron. En outre, des piles de MTJ présentant un rapport de magnétorésistance à effet tunnel élevé ont été produites. De plus, en optimisant le processus de micro-nanofabrication pour la préparation des dispositifs, des réseaux de MTJ à haute performance sont préparés, jetant des bases solides pour la combinaison ultérieure de VO₂ avec des MTJ et des vannes de spin. 2. L'auteur introduit un film de VO₂ dans des piles de MTJ pour obtenir des dispositifs MTJ composites. En combinant le changement de résistance photo-induit du VO₂ et le changement de magnétorésistance du MTJ par le champ magnétique, on obtient la détection conjointe d'informations optiques et magnétiques dans un seul dispositif. En outre, des fonctions logiques reconfigurables in situ basées sur les informations optiques et magnétiques détectées sont mises en œuvre, ce qui permet de construire un système informatique multifonctionnel dans le capteur. Les résultats de cette étude apportent une nouvelle vitalité aux dispositifs spintroniques conventionnels et démontrent le grand potentiel des dispositifs VO₂-MTJ pour les applications de détection intelligente. 3. L'auteur mène une étude sur la commutation d'aimantation induite par une impulsion laser ultra-courte basée sur un courant de spin ultrarapide dans la structure à vanne de spin [Pt/Co]/Cu/[Co/Pt], en explorant l'influence de la variation de l'épaisseur de la couche magnétique sur le courant de spin et la commutation d'aimantation. Il s'avère qu'une plus grande épaisseur de Co dans la couche de référence peut garantir un taux d'inversion de l'aimantation plus important, tandis qu'une plus petite épaisseur de Co peut permettre d'obtenir une énergie de seuil de commutation plus faible. En outre, les raisons de la commutation incomplète de l'aimantation sont identifiées et attribuées à la disparité de la température de Curie et à la différence d'énergie laser absorbée entre les deux couches magnétiques. Les résultats fournissent une base théorique et expérimentale pour la recherche d'une commutation d'aimantation stable et de faible puissance dans le système concerné. 4. L'auteur introduit un film de VO₂ dans la structure de vanne de spin [Pt/Co]/Cu/[Co/Pt] pour étudier l'effet de transition de phase du VO₂ sur le transport du courant de spin, dans le but de réguler efficacement la commutation de l'aimantation. En incorporant un film mince de VO₂ dans la couche intermédiaire de Cu, les propriétés électriques du canal intercalaire non magnétique sont modulées par la transition de phase du VO₂, ce qui influence le transport du courant de spin et les résultats de la commutation de l'aimantation. Les résultats expérimentaux montrent que la transition de phase VO₂ a un effet significatif (non significatif) sur l'inversion de l'aimantation lorsque les directions d'aimantation des deux couches ferromagnétiques sont parallèles (antiparallèles), ce qui permet de vérifier les mécanismes correspondants de réflexion du courant de spin et de transport direct. Cela donne une nouvelle idée de la régulation de l'écriture magnétique ultrarapide dans les vannes de spin.