[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 séparées par une couche de cuivre, puis ils ont excité et sondé les structures avec des faisceaux lasers. Dans une étude publiée en 2023 [Igarashi et al. Nat. Materials 2023], les auteurs ont démontré qu’un apport de chaleur ultrarapide par impulsion laser pouvait inverser l’aimantation de l’une des couches magnétiques de ces structures en moins de 1 000 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, l’échauffement puis le refroidissement des couches magnétiques entraînent la génération d’importantes accumulations de spin dans le cuivre. En effet, l'échauffement ultra-rapide des couches magnétiques les désaimantent et une partie de l'aimantation perdue est alors transférée vers les couches voisines à travers des courants de spins. L'injection de spins dans la couche de cuivre mène à une accumulation de ces derniers jusqu'à agir sur son orientation magnétique. Curieusement, cet effet peut s’inverser lors de la réaimantation de la couche magnétique après sa désaimantation induite par le laser, influençant ainsi potentiellement l’état magnétique final de la couche distante. 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 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), ils peuvent remonter à une grandeur proportionnelle aux accumulations de spins. Combinés avec des simulations numériques de diffusion et de dynamique magnétique s-d, ils ont pu attribuer le mécanisme de retournement aux courants ultra-rapides de re-aimantation.
Cette découverte ouvre de nouvelles possibilités pour le contrôle d'aimantations aux échelles ultra-rapides à travers un mécanisme simple et universel.
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
