Etudes par microscopie en champ proche des phénomènes de ...

Chapitre IV – Réalisation d’un transistor à vanne de spin sous ultra-vide.Sachant que la figure de mérite est optimale pour une énergie E proche de E*, c’est-à-dire lorsque Test proche de 1, on peut par conséquent obtenir une majoration de la figure de mérite intrinsèque denotre instrument (avec E * ≈ 500 eV, et φ ≈ 5 eV):F i2 φ ≤ E * ≈ 10−4(IV.13)L’échantillon 1 présente une figure de mérite légèrement inférieure à 10 -4 , et semble donc proche de lavaleur maximale. L’échantillon 2 d’épaisseur plus grande, et donc possédant un E* plus important,présente une figure de mérite optimale plus faible. Ces résultats montrent donc en particulier que lasélectivité intrinsèque du filtre à spin est proche de 100% même à haute énergie d’injection. La figurede mérite de l’instrument est cependant faible.L’origine physique de cette limite provient du fait que la sélectivité en spin de notre instrumentest diluée par des électrons secondaires qui ne porte aucune mémoire du spin des électronsincidents.Ainsi, avec une telle structure d’échantillon, il semble difficile, dans l’état actuel des connaissances,d’améliorer significativement les performances de notre transistor. Cependant, nous pensons que lalimite imposée par l’équation IV.13 peut être levée en travaillant avec une autre géométried’échantillon. En effet, pour le moment, la sélectivité de notre instrument est limitée, car lamultiplication a lieu entre la source à électrons polarisés et l’analyse (couche magnétique du filtre àspin). Pourtant, pour des raisons qui ont été évoqués plus haut, la fonction de Sherman intrinsèque dufiltre à spin S ne semble pas altérée, même à haute énergie d’injection (E** = 1500 eV pourl’échantillon 1, et ΔT = 30%). L’effet de filtre à spin est en quelque sorte « sous exploité » avec unéchantillon présentant une seule couche magnétique.En modifiant la structure de l’échantillon, il serait donc possible, en principe, de bénéficier à lafois d’une forte transmission, et d’une forte sélectivité en spin à haute énergie d’injection,rendant ainsi la figure de mérite proche de sa valeur optimale qui est de 1.Dans le chapitre VI (conclusion et perspectives), nous décrirons les potentialités d’une bicouchemagnétique fonctionnant à haute énergie d’injection comme vanne de spin performante.4.C.3.3. Comparaison avec des éléments vannes de spin reposant sur la GMRNous comparons dans ce paragraphe l’évolution du SNR de notre transistor avec un élément vanne despin commercial reposant sur la magnéto-résistance géante (GMR) introduite au chapitre II.Nous avons représenté sur la figure (Fig.IV.31) la figure de mérite de notre instrument (opérant àl’énergie E max , calculé pour chaque I 0 ) en fonction du courant incident I 0 , et celle des vannes de spinactuellement utilisées dans le commerce. Nous y avons également inclus à titre de comparaison, lafigure de mérite SNR in (in pour inélastique) maximale qu’il est possible d’obtenir avec un transistor àélectrons chauds, obtenue lorsque T = S = 1 (équation IV.12). Dans les vannes de spin utiliséesactuellement dans les têtes de lecture, le bruit est donné par les fluctuations thermiques de la résistanceR de l’élément. Ceci est valable pour les têtes de lecture reposant sur la GMR (géométrie CIP ou CPP)ou la TMR [Freitas07]. La figure de mérite d’une vanne de spin s’exprime alors sous la forme :2 2F ΔR RIVS 0= R 4 kTΔνPour une vanne de spin actuellement utilisée pour le stockage de l’information (w = 100 nm, h = 120nm, t = 27 nm, R = 20 Ω, I 0 = 1 mA, GMR = 50% , 100 Gbit/in 2 ), on déduit un SNR de 134 dB. Pourles mêmes conditions nous obtenons avec notre instrument un SNR de 116 dB. Cette faiblesse du SNRrend à l’heure actuelle les transistors à électrons chauds, moins performants, en tout cas dans lesconditions de fonctionnement actuel des têtes de lecture.Cependant, on peut remarquer que le SNR décroît plus vite en fonction du courant dans les dispositifstype vannes de spin à GMR que pour un transistor à électrons chauds, de sorte qu’il existe un courant à106