Descriptif
L’Enseignement d’Approfondissement PHY 581B constitue une introduction au domaine émergent et très actif de la «spintronics » ou « électronique de spin », domaine fondé par Albert Fert et Peter Grünberg (Nobel 2007). La spintronics est une électronique nouvelle qui exploite les propriétés de spin de l’électron, et pas seulement sa charge, à la différence de l’électronique classique. Ce domaine allie physique quantique fondamentale et nanotechnologies. Les dispositifs basés sur la spintronics auront un impact très important sur l’électronique du futur. Les composants actuels vont des têtes de lectures magnétorésistives, basées sur la MagnétoRésistance Géante (GMR) ou Tunnel (TMR) - qui représentent un marché considérable puisqu’elles équipent les disques durs de tous les ordinateurs - aux mémoires permanentes magnétorésistives (MRAM) qui commencent à être disponibles commercialement. A moyen ou long terme, on vise à développer des mémoires à très haute densité, des transistors à spin, des oscillateurs à transfert de spin, des « spin lasers », des dispositifs destinés à la logique ou au calcul quantique...
Dans le cadre de cet EA, on analyse, par exemple, en détail la démarche très créative qui a permis de passer d’un concept physique – la TMR – à la réalisation de mémoires MRAM commerciales ou d’unités logiques magnétique pour la cryptographie en temps réel. On aborde aussi des domaines variés comme l’injection de spin, les phénomènes locaux et non locaux, les effets Hall de spin (directs ou inverses), la « spin caloritronics », la « spinorbitronics », la matière topologique...
L’enseignement est organisé en séances de travail de 4h, basées sur l’étude d’articles fondateurs, et conférences, à caractère fondamental ou industriel. Des documents écrits sont systématiquement remis aux élèves. Le but principal est de parvenir rapidement au niveau de la recherche, en introduisant les concepts et les méthodes qui permettent de comprendre des articles récents. L’examen consiste en des présentations par les élèves d’articles scientifiques, sur le modèle d’une conférence. L’EA peut naturellement se prolonger par un stage de recherche en France ou à l’étranger qui, souvent, se concrétise par des publications dans des revues internationales.
Stage de recherche : Cet enseignement peut être suivi d’un stage dans le cadre de l’option PHY 593, organisé dans des laboratoires français ou étrangers, en milieu académique ou industriel, dans le cadre de grandes entreprises ou de start-up.
Niveau requis : PHY430 - Physique quantique avancée et PHY433 - Physique statistique 1
Modalités d'évaluation : Etude et présentation orale d’article(s) dans le cadre d’un séminaire des élèves.
Langue du cours : Français
Credits ECTS : 4
PHY 581B is an introduction to the emerging and active field of “spintronics” or “spin electronics”, a domain founded by Albert Fert and Peter Grünberg (Nobel 2007). Spintronics is a new electronics field. Unlike conventional electronics, it exploits the spin properties of the electron, not just its charge. Spintronics combines basic quantum physics and nanotechnologies. Devices based on spintronics will have a deep impact on the future of electronics. Current components range from magnetoresistive read heads, based on Giant Magnetoresistance (GMR) or Tunnel (TMR) - which represent a huge market since they are the magnetic sensors used in hard drives - to magnetoresistive permanent memories (MRAMs), which have recently become commercially available. In the medium or long term, very high-density memories spin transistors, spin-transfer oscillators, spin lasers, devices for logic or quantum computation will be developed.
For example, in this teaching module, we analyze in detail the creative approach that made it possible to channel a physical concept - TMR - into the realization of commercial MRAMs or magnetic logic units for real-time cryptography. Various subfields will be considered, such as spin injection, local and non-local accumulation, spin Hall effects (direct or inverse), spin caloritronics, spinorbitronics, topological matter, etc.
The module is organized in working sessions of 4 hours, based on the study of pioneering articles, and fundamental or industry-oriented conferences. Written documents will be systematically given to attendees. The main point is to quickly reach the level of research, introducing the concepts and methods that make it possible to understand recent papers. The final exam consists of an oral presentation on research articles, on the model of a conference. The teaching module can naturally be extended to a research internship in France or abroad, often leading to publications in international journals.
Diplôme(s) concerné(s)
Format des notes
Numérique sur 20Littérale/grade réduitPour les étudiants du diplôme Diplôme d'ingénieur de l'Ecole polytechnique
Le rattrapage est autorisé- Crédits ECTS acquis : 5 ECTS