Illustration schématique de la structuration de la texture de spin à l'échelle nanométrique pour étudier les modes d'onde de spin confinés, a) Des textures de spin à l'échelle nanométrique avec une configuration de spin sur mesure modelée à l'aide de tam-SPL dans une couche ferromagnétique polarisée en échange continu, b) la caractérisation statique des textures de spin modelées et l'étude des modes d'onde de spin localisés réalisée à l'aide de STXM. L'excitation par ondes de spin a été activée avec une antenne microruban, c) illustration schématique de l'onde de spin confinée à 1800 paroi du domaine de Néel, se propageant librement le long du mur. Crédit: Physique des communications doi:10.1038/s42005-018-0056-x.
Les technologies de traitement de l'information qui sont généralement basées sur des charges d'électrons peuvent également théoriquement utiliser le spin électrique. La spintronique de Magnon peut exploiter les ondes de spin quantifiées, magnons, comme porteurs de courants de spin dans les circuits magnétiques intégrés. Le caractère ondulatoire et la propagation sans échauffement joule des ondes de spin est une combinaison prometteuse pour concevoir des plates-formes informatiques hautement efficaces avec des circuits magnéniques intégrés. Bien que crucial, la réalisation de circuits à l'échelle nanométrique est extrêmement difficile en raison de la difficulté d'adapter les propriétés magnétiques nanoscopiques à l'aide de l'existant, techniques conventionnelles. La Magnonics est donc un jeune domaine de recherche à l'intersection de l'étude de la dynamique des spins et de la science et de la technologie à l'échelle nanométrique.
Dans une étude récente, maintenant publié dans Nature Communications Physique , des physiciens multidisciplinaires aux États-Unis et en Europe ont développé en collaboration l'échelle nanométrique, reconfigurable, circuits à ondes de spin utilisant des textures de spin à motifs. Dans le travail, Edoardo Albisetti et ses collègues ont visualisé et canalisé les ondes de spin se propageant dans des guides d'ondes nanomagnétiques arbitraires à l'aide de l'imagerie par microscopie à rayons X à transmission à résolution spatiale et temporelle (STXM), sans champs ni courants magnétiques externes. En outre, les physiciens ont démontré un circuit prototype basé sur deux nanoguides d'ondes convergents pour permettre une superposition spatiale accordable et l'interférence des modes d'onde de spin confinés. Le travail jette les bases de l'utilisation de textures de spin conçues comme blocs de construction pour les dispositifs informatiques basés sur les ondes de spin.
La manipulation des ondes de spin est une alternative prometteuse à l'électronique conventionnelle pour développer des plateformes informatiques économes en énergie, avec de nombreux concepts proposés au cours des dernières années pour réaliser le concept, des ondes de spin d'échange dipolaire en géométrie restreinte aux fibres d'ondes de spin basées sur le couple spin-orbite. Un défi majeur qui a entravé la réalisation de circuits à ondes de spin à l'échelle nanométrique est la canalisation et le pilotage efficaces des ondes de spin, jusqu'à présent uniquement intégré dans des éléments de taille micronique via des champs externes, ou en utilisant des réseaux de nano-aimants. Sur la voie de la nanomagnétique, il est très intéressant d'envisager l'utilisation de textures de spin à l'échelle nanométrique pour contrôler la propagation des ondes de spin, bien que les méthodes conventionnelles aient entravé de tels efforts basés sur des parois de domaine (au niveau desquelles les dipôles magnétiques ou les spins se réorientent). En outre, la capacité d'orienter les textures de spin pour contrôler les ondes de spin dans un circuit d'ondes de spin à l'échelle nanométrique est également restée insaisissable. De plus, les dimensions confinées de tels modes d'ondes de spin doivent encore être observées et étudiées en détail.
La structure de l'échantillon, caractérisation statique et simulations micromagnétiques des textures de spin modelées, a) structure des échantillons étudiés constituée de la bicouche à polarisation continue d'échange, b) image optique de l'échantillon montrant une antenne microruban de 2 µm de large pour l'excitation par ondes de spin. La ligne en pointillés blancs est une paroi de domaine à motifs droits par rapport à l'antenne. Les flèches bleues montrent la direction de l'aimantation dans les domaines, c-e) images STXM d'une paroi droite du domaine de Néel 1800, une paroi du domaine de Néel 1800 en forme de parabole et une texture de spin complexe composant deux parois convergentes de Néel 1800 partageant un sommet commun. Aucun champ magnétique externe n'a été appliqué à (c) et (d). En (e) un champ de 1,5 mT a été appliqué pour contrôler la distance entre les deux parois du domaine et la position de l'apex, f-h) simulations micromagnétiques correspondant aux panneaux supérieurs. Les flèches noires indiquent les configurations de spin locales. Crédit: Physique des communications doi:10.1038/s42005-018-0056-x.
Albesetti et al. a démontré les éléments constitutifs fondamentaux des circuits à ondes de spin à l'aide de nanoguides d'ondes magnétiques de forme arbitraire et de circuits à ondes de spin prototypes. La configuration a permis la superposition accordable de signaux se propageant dans deux guides d'ondes convergents en modelant la texture de spin d'un film mince ferromagnétique à l'aide d'une technique précédemment établie de lithographie par sonde à balayage magnétique assistée thermiquement (tam-SPL). L'absence de structuration physique et la réversibilité de la technique tam-SPL ont permis des structures nanomagnétiques entièrement reconfigurables basées sur des textures de spin avec des fonctionnalités d'ingénierie. Des preuves directes ont été fournies via des observations effectuées à l'aide de STXM à résolution spatiale et temporelle sur la canalisation et le pilotage des modes d'onde de spin localisés se propageant dans des guides d'ondes à paroi de domaine droits et incurvés, sans champ magnétique externe.
Les auteurs ont modélisé différentes textures de spin dans une bicouche ferromagnétique/antiferromagnétique à polarisation d'échange en balayant une sonde de balayage chauffée à l'aide de tam-SPL. Le processus définit la force et la direction de l'anisotropie magnétique unidirectionnelle dans le film ferromagnétique, permettant le nanopatterning de configurations de spin conçues. En contrôlant la géométrie de la zone balayée par la pointe, des murs de domaine droits et courbes ont été obtenus. Les textures de spin à motifs et les modes d'onde de spin localisés ont été caractérisés à l'aide de STXM. Une antenne microruban a été utilisée pour l'excitation de l'onde de spin se propageant librement le long du mur, dans des modes connus sous le nom de magnons d'hiver.
Après, des piles de Co
Les chercheurs ont utilisé la microscopie à rayons X en transmission à résolution temporelle à la station terminale polLux (X07DA) de la source lumineuse suisse pour obtenir la configuration magnétique des échantillons en fonction du temps. En utilisant la technique, les ondes de spin ont été imagées par stroboscopie avec une résolution ponctuelle comprise entre 40 et 75 nm ; les résultats pour les murs courbes et droits ont été rapportés. Un filtrage gaussien a été utilisé pour améliorer le contraste avec une fréquence d'excitation (1,28 GHz) sans champ magnétique statique externe. Les ondes de spin confinées à la paroi du domaine se sont propagées à distance de l'antenne située au bas des panneaux.
