Les Étincelles du Palais de la découverte
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Le magnétisme de la matière s’observe à toutes les échelles, depuis les particules élémentaires jusqu’aux étoiles. Depuis les années 1990, de fines couches de matière magnétique (quelques nanomètres d'épaisseur) sont utilisées pour le stockage de l'information. Aujourd’hui, les chercheurs sont en quête de nouvelles nanostructures aux propriétés innovantes. À l’institut Jean-Lamour de Nancy (unité mixte de recherche CNRS-université de Lorraine) des échantillons sont fabriqués au sein d'un équipement unique en Europe : la plateforme du tube DAUM. Des chercheurs de l'institut, impliqués dans les études sur le nanomagnétisme, partagent les grandes lignes de leurs travaux.
LES CHERCHEURS :
La plateforme du tube DAUM (dispositif de Dépôt et d’Analyse sous Ultravide de nanoMatériaux) est dédiée à la recherche fondamentale et au transfert de technologie vers l’industrie. Les nanostructures composées de matériaux variés empilés en couches minces sont élaborées dans des enceintes reliées entre elles par un tube de 70 mètres de long où règne un vide comparable au vide intersidéral (ultravide).
Grâce au tube DAUM, les échantillons restent constamment sous ultravide au cours de leur fabrication et de leur analyse. Un chariot automatisé se déplaçant dans ce tube transfère les échantillons depuis les chambres de croissance (où les atomes sont déposés sur le substrat) vers les chambres d'analyse (où sont caractérisés les dépôts).
Ci-dessous, une visite virtuelle de la plateforme DAUM.
Diverses techniques sont utilisées pour empiler des couches minces de matériaux différents. Elles sont toutes présentes dans les enceintes de la plateforme DAUM. La technique de l’épitaxie par jets moléculaires permet de déposer très lentement, sous ultravide, des couches minces d’atomes parfaitement ordonnés sur un substrat monocristallin. Les atomes ainsi déposés s’organisent selon un arrangement contraint par le substrat, parfois source de nouvelles propriétés magnétiques.
Devant l'une des chambres de croissance reliées au tube DAUM, un chercheur surveille le déroulement du dépôt d'un matériau. Les raies visibles sur le hublot électroluminescent (diffraction d'électrons) prouvent que les atomes s'organisent de façon bien ordonnée et forment un monocristal.
Un chercheur étudie par spectroscopie un dépôt dans une des chambres d'analyse reliées au tube DAUM, visible en arrière-plan.
Ci-dessous, un gros plan sur l'intérieur de la chambre d'analyse spectroscopique présentée précédemment.
Des empilements de quelques plans atomiques de fer, séparés par quelques plans atomiques d'un matériau non magnétique (MgO), sont à la base de dispositifs actuellement exploités pour le stockage de données.
L’électron possède une propriété magnétique intrinsèque, qu’on appelle le spin et qui peut se représenter comme un minuscule aimant. Le rôle primordial joué par le spin lorsque les électrons traversent les nanocouches de matériaux est à la base de la spintronique, à la croisée du magnétisme et de l’électronique.
L'avènement de la spintronique a débuté avec la découverte de la magnétorésistance géante dans les années 1990. Dès 1997, cette découverte était exploitée dans les disques durs d'ordinateurs afin d'augmenter leur capacité de stockage.
L’essor des technologies de stockage de l’information a permis le développement d’Internet. Les nombreux courriels, images et vidéos échangés chaque seconde dans le monde, et l'avènement des objets connectés nécessitent des systèmes de stockage toujours plus performants. Comment enregistrer toujours plus d’informations sur une surface toujours plus petite, en un temps toujours plus court, et surtout en consommant encore moins d’énergie ?
