Les disques durs et les capteurs magntorsistifs Lcriture

Les disques durs et les capteurs magnéto-résistifs L’écriture des informations (disque dur) La lecture des informations La découverte de la magnétorésistance géante (GMR) Prix Nobel de Physique 2007 La miniaturisation grâce aux capteurs magnéto-résistifs à «GMR» J. -B. Moussy, Ecole d’été de Physique E 2 phy, Août 2010 1

Les disques durs et les capteurs magnéto-résistifs L’écriture des informations Le disque dur : une piste magnétique constituée de domaines magnétiques Domaines d’enregistrement Lignes de champ magnétique créées par le passage du courant Ecriture : aimanter les domaines magnétiques dans un sens ou dans l’autre à l’aide d’un champ magnétique H 1 0 10101001 1 octet i Tête d’écriture Bobine de courant + aimant J. -B. Moussy, Ecole d’été de Physique E 2 phy, Août 2010 2

Les disques durs et les capteurs magnéto-résistifs La lecture des informations Tête de lecture Disque dur J. -B. Moussy, Ecole d’été de Physique E 2 phy, Août 2010 3

Les disques durs et les capteurs magnéto-résistifs La lecture des informations Lecture : mesure du courant induit i dans la bobine par le champ magnétique crée par chaque domaine magnétique i Tête de lecture inductive 100 mm Pour les «gros» domaines magnétiques : Cela marche car le signal détecté est proportionnel à la surface ! 1 mm 100 nm Pour les «tout» petits domaines magnétiques : Cela ne marche plus car les champs magnétiques sont trop faibles ! J. -B. Moussy, Ecole d’été de Physique E 2 phy, Août 2010 4

Les disques durs et les capteurs magnéto-résistifs Prix Nobel de Physique 2007 décerné à ALBERT FERT et PETER GRÜNBERG 1988: découverte de la magnétorésistance géante (GMR) Unité Mixte de Physique CNRS/Thalès Université Paris-Sud, Orsay Associated Press/Koji Sasahara Forschungszentrum Jülich, Germany P. Grünberg (à gauche) Assoc. Press/Hans Edinger "La magnétorésistance géante est le premier effet d'une nouvelle science qui s'appelle la spintronique" (A. Fert) J. -B. Moussy, Ecole d’été de Physique E 2 phy, Août 2010 5

Les disques durs et les capteurs magnéto-résistifs La découverte de la magnétorésistance géante (GMR) Principe : Placer sur le trajet des électrons une fine couche d’un matériau magnétique pour sélectionner une direction de spin. Conducteur Electrons de spin différents «up» et «down» Matériau magnétique Seuls les électrons de spin « up » sont transmis Trajet des électrons J. -B. Moussy, Ecole d’été de Physique E 2 phy, Août 2010 6

Les disques durs et les capteurs magnéto-résistifs Qu’est-ce que la Magnétorésistance Géante (GMR) ? Aimantations deux couches opposées : aucun électron ne passe (en réalité très peu) RAP très grand ! Couches : magnétique / non magnétique / magnétique Champ magnétique Aimantations deux couches alignées : seuls les électrons de spin «up» passent RP petit ! J. -B. Moussy, Ecole d’été de Physique E 2 phy, Août 2010 7

Les disques durs et les capteurs magnéto-résistifs Capteurs magnéto-résistifs à GMR 100 nm Champ magnétique crée par les domaines R Lecture : mesure de la variation de la résistance électrique (R) du capteur sous l’effet du champ magnétique créé par les domaines magnétiques J. -B. Moussy, Ecole d’été de Physique E 2 phy, Août 2010 8

Les disques durs et les capteurs magnéto-résistifs Capteurs magnéto-résistifs à GMR Révolution dans les capacités de stockage des données Disque dur en 1980 4 Mo une photo ! Disque dur en 1996 500 Mo quelques centaines de photos ! Introduction des têtes de lecture à GMR en 1997 Disque dur en 2008 500 Go Plusieurs centaines de milliers de photos ! J. -B. Moussy, Ecole d’été de Physique E 2 phy, Août 2010 9

Les disques durs et les capteurs magnéto-résistifs Concevoir les multi-couches magnétiques Molecular Beam Epitaxy (MBE) Fe, Co, Mn, … Oxygen Co g-Al 2 O 3 Epaisseur ~ 8 nm Co. Fe 2 O 4 [111] [110] a-Al 2 O 3 A. V. Ramos et al. , Applied Physics Letter 91, 122107 (2007) J. -B. Moussy, Ecole d’été de Physique E 2 phy, Août 2010 10