Détection de champ magnétique par couple de transfert de spin

Spin transfer torque magnetic field sensing

• Auteur / Autrice : Jose Luis ORTOLá YANO
• Direction : Ricardo Sousa
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Nano électronique et Nano technologies
• Date : Inscription en doctorat le 01/11/2024
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Spintronique et Technologie des Composants

Mots clés

Mots clés libres

Couple de transfert de spin

Capteur de champ magnétique

Jonction tunnel magnétique

Spintronique

Spin Transfer Torque

Magnetic field sensor

Magnetic Tunnel Junction

Spintronics

Résumé

Le couple de transfert de spin (STT) dans les jonctions tunnel magnétiques à anisotropie perpendiculaire est à la base de la technologie MRAM actuelle en production de masse chez les principales fonderies (TSMC, Samsung, GF). Cette même technologie de stockage non volatile peut être utilisée pour la détection de champs magnétiques, comme proposé dans un schéma breveté par Spintec. Le sujet de thèse proposé a été sélectionné pour un financement par le programme France 2030 dans le cadre du projet PEPR SPIN. Le projet explore cette nouvelle approche de détection, qui s'écarte des capteurs magnétorésistifs conventionnels et les améliore. Les actions de recherche suivantes seront poursuivies : - Nanofabrication de capteurs à faible consommation d'énergie de 50 nm de diamètre, contre 1-10µm pour les capteurs TMR conventionnels. - Recherche de modes de détection avec la possibilité de régler pendant le fonctionnement le compromis entre sensibilité et la plage linéaire. - Compréhension scientifique de la stochasticité des retournements par couple de transfert de spin en tant que source de bruit limitant la détectivité et la résolution du capteur. - Explorer les applications industrielles pour la robotique, l'automatisation et la mesure de champs magnétiques. Les résultats attendus et les objectifs de la thèse sont les suivants : - Linéarisation des capteurs pour la détection de champ magnétique à l'aide du couple de transfert de spin (STT) - Capteurs individuels et en réseau de faible puissance : diamètre de 50 nm contre 1-10 µm conventionnels. - Gamme de champs magnétiques flexible et étendue (10-100 mT) - Identification et minimisation des sources de bruit - Matrices de capteurs pour la cartographie du champ magnétique à haute résolution.

Spin transfer torque (STT) in perpendicular anisotropy magnetic tunnel junctions is the basis of current MRAM technology in foundry mass production. The same nonvolatile storage technology can be used for magnetic field detection, as proposed in a scheme patented by Spintec. The PhD project was selected for funding by the France 2030 program as part of the PEPR SPIN project. The project explores this novel sensing approach, departing from and improving on conventional magnetoresistive sensors. The following research actions will be pursued: • Nanofabrication of low power consumption sensors 50 nm in diameter, versus 1-10µm of conventional TMR sensors • Investigate smart sensing modes with programmable trade-off between sensitivity and linear range during operation • Scientific understanding of STT stochasticity as noise source limiting sensor detectivity and resolution • Explore industry applications for robotics, automation and high-resolution magnetic field monitoring The expected results and objectives are: • Sensor linearization for magnetic field detection using spin transfer torque (STT) • Low power individual and array sensors: diameter 50 nm vs. 1-10 µm conventional • Flexible and extended magnetic field range (10-100 mT) • Identifying and minimizing sources of noise • Sensor matrix arrangements for high-resolution magnetic field mapping