[Article] - Observation de l’écriture d’un bit magnétique par transferts ultra-rapides d’aimantation entre deux couches
Dans cette étude, les chercheurs ont utilisé des impulsions laser ultra-courtes (de l’ordre de la femtoseconde, soit un millionième de milliardième de seconde) pour générer et détecter des accumulations de spins à l’intérieur d’une couche de cuivre, qui est naturellement non-magnétique. Pour cela les chercheurs ont fabriqué des structures contenant deux couches magnétiques séparés par une couche de cuivre et ont excité et sondé les structures avec des faisceaux lasers. Dans un travail de 2023 [Igarashi et al. Nat. Materials 2023] ils avaient démontré que dans ces structures, un apport de chaleur ultra-rapide grâce au laser était capable de retourner l’aimantation d’une des couches magnétiques en moins de 1000 femtosecondes - une façon d’écrire de l’information extrêmement rapidement dans une mémoire.
Dans ce nouveau travail, les chercheurs montrent que dans ces mêmes structures des accumulations de spin importantes sont générés dans le cuivre suite à l’échauffement et refroidissement des couches magnétiques. En effet, l'échauffement ultra-rapide des couches magnétiques les désaimantent et une partie de l'aimantation perdu est alors transféré vers les couches voisines à travers des courants de spins. L'injection de spins dans la couche de cuivre mène à une accumulation de ceux-là, qui vont diffuser jusqu'à atteindre la couche magnétique éloigné pour finalement agir sur son orientation magnétique. Curieusement, ce même effet peut s'inverser pendant que la couche magnétique se re-aimante depuis son état de désaimantation induite par le laser, et potentiellement dicter l'état finale de la couche magnétique éloignée. C'est ce mécanisme inversé que les chercheurs ont mis en lumière pour la première fois.
Pour arriver à cette conclusion les chercheurs ont mis au point ces dernières années une méthode optique novatrice pour la détection des accumulations de spins, le tout aux échelles ultra-rapides. En utilisant des mesures magnéto-optiques complémentaires (dites de rotation et d'ellipticité Kerr statiques et dynamiques), les chercheurs peuvent remonter à une grandeur proportionnelle aux accumulations de spins. Combinés avec des simulations numériques de diffusion et de dynamique magnétique s-d, les chercheurs ont pu attribuer le mécanisme de retournement aux courants ultra-rapides de re-aimantation.
Cette découverte ouvre de nouvelles possibilités pour le control d'aimantations aux échelles ultra-rapides à travers un mécanisme simple et universelle. De plus, les nouvelles méthodes de magnéto-optiques développées devraient permettre d'observer les transferts de moments angulaire (aimantation) de spin et/ou d'orbite directement dans plus de systèmes, le tout aux échelles ultra-rapides.
Titre complet : Les accumulations ultra-rapides de spin pilotent le renversement d’aimantation dans les multicouches
Auteurs de l’article : Harjinder Singh, Alberto Anadón, Junta Igarashi, Quentin Remy, Stéphane Mangin, Michel Hehn, Jon Gorchon, and Gregory Malinowski
Références de l’article : Phys. Rev. Lett. 136, 056701 – Published 2 February, 2026
