L'électronique de spin est une physique puissante basée non seulement sur la charge mais aussi sur le spin des électrons. Déjà largement utilisée pour les têtes de lecture des disques durs, elle a connu une mise en œuvre croissante pour la détection des champs magnétiques, en raison de sa sensibilité, de sa miniaturisation et de sa facilité d'intégration au CMOS. Néanmoins, les propriétés de ces capteurs sont jusqu’à présent fixées lors de la fabrication et ne peuvent être modifiées au cours de leur durée de vie. Cette thèse vise à étudier de nouveaux concepts de capteurs magnétiques, intégrant la spinorbitronique (exploitant le spin orbit torque) comme un degré de liberté supplémentaire pour la conception du capteur, permettant de changer ses caractéristiques telles que la direction ou la gamme de sensibilité, ou encore de réduire dynamiquement le bruit, en cours de vie du capteur, le rendant ainsi reconfigurable. Ce concept apportera une nouvelle génération de capteurs intelligents, capables d'être reconfigurés électriquement pendant leur durée de vie.

Sujet détaillé :

L'objectif de cette thèse est de développer des structures de magnétorésistance à effet tunnel (TMR) utilisant le spin orbit torque pour manipuler électriquement l’aimantation et ouvrir la voie à des capteurs magnétiques reconfigurables.

Les capteurs magnétiques permettent de mesurer à la fois le champ magnétique mais aussi des quantités associées, comme le courant ou encore la position d'un objet. Ils sont de plus en plus présents dans les objets technologiques, ainsi que dans les domaines automobile et médical.

L'électronique de spin, dont la démonstration expérimentale a été couronnée par le prix Nobel de physique en 2007 (A. Fert et P. Grünberg), a ouvert des voies d'amélioration importantes pour les capteurs magnétiques grâce à la sensibilité et à la miniaturisation des éléments de base.

Cependant, une limite actuelle vient du fait que le capteur est défini au moment de sa fabrication et que ses caractéristiques (telles que la gamme ou la direction de sensibilité...) sont fixées au départ pendant la fabrication. Grâce au phénomène de spin orbit torque (SOT), qui consiste à appliquer une force magnétique à travers un flux d'électrons polarisés en spin, il est possible d'implémenter dans un élément spintronique une fonction de manipulation de certaines des couches magnétiques, et ainsi d'imaginer un capteur qui puisse s'adapter au cours de son utilisation grâce à la reconfiguration de ses références.

Le projet de thèse consistera à développer des systèmes de magnéto-résistance tunnel (TMR) intégrant un niveau de SOT pour piloter la réponse du capteur, à fabriquer les dispositifs, à tester leurs performances et à les appliquer dans un environnement réaliste pour la détection de courant et pour de la magnétométrie. Cette thèse s'inscrira dans le cadre du projet STORM financé par l'ANR (démarré en décembre 2022), en collaboration avec UMPhy Thales et Crivasense Technologies. Elle comprendra le dépôt de matériaux, leur caractérisation en termes de performances SOT, puis la réalisation de dispositifs par des techniques de microfabrication, et des mesures de magnéto-transport pour évaluer la réponse des capteurs.