Ce cours constitue une introduction au domaine émergent et très actif de la « spintronics » ou « électronique de spin », domaine fondé par Albert Fert et Peter Grünberg (Nobel 2007). La spintronics est une électronique nouvelle qui exploite les propriétés de spin de l’électron, et pas seulement sa charge, à la différence de l’électronique classique. Ce domaine allie physique quantique fondamentale et nanotechnologies. Les dispositifs basés sur la spintronics auront un impact très important sur l’électronique du futur.

Les composants actuels vont des têtes de lectures magnétorésistives, basées sur la MagnétoRésistance Géante (GMR) ou Tunnel (TMR) - qui représentent aujourd’hui un marché considérable puisqu’elles équipent les disques durs de tous les ordinateurs - aux mémoires permanentes magnétorésistives (MRAM) qui entrent aujourd’hui sur le marché. A moyen ou long terme, on vise à développer des transistors SPIN FET, des oscillateurs à transfert de spin, des Spin lasers, des dispositifs destinés à la logique ou au calcul quantique...

L’enseignement est organisé autour de séances de travail centrées sur la physique du spin dans différents matériaux (métaux, isolants, semi-conducteurs), s’appuyant sur l’étude d’articles fondateurs, et de conférences concernant des applications ou des thèmes actuels de recherche. On analysera par exemple la démarche très créative qui a permis de passer d’un concept physique – la TMR – à la réalisation de mémoires MRAM commerciales ou d’unités logiques magnétique (MLU) pour la cryptographie en temps réel. On abordera des domaines variés comme l’injection de spin, les phénomènes locaux et non locaux, le Spin Hall Effect (SHE ou ISHE), la « spin caloritronics »... Des documents de cours seront remis aux élèves à l’issue de chaque séance.

Les thèmes traités aborderont aussi bien des questions de physique très fondamentale que des applications très concrètes.

Stage de recherche : Cet enseignement peut être suivi d’un stage dans le cadre de l’option PHY 593, organisé dans des laboratoires français ou étrangers, en milieu académique ou industriel, dans le cadre de grandes entreprises ou de start-up.

Niveau requis : PHY432 – Physique quantique et statistique

Modalités d'évaluation : Etude et présentation orale d’article(s) dans le cadre d’un séminaire des élèves.

Dernière mise à jour : mardi 2 avril 2013