Localized states in the spacer layer of spintronic nanodevices

Etats localisés dans l’espaceur de nanodispositifs de spintronique

Lalit Mohan Kandpal (1)

1 IPCMS - Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg

The spin transfer torque (STT) effect allows one to encode the information magnetically by applying an input current of high density. This makes STT as one of the promising techniques to realize the magnetic random-access memories (MRAMs). It has been reported that even for the thinnest MgO tunneling barrier the current density required to drive the STT mechanism in a magnetic tunnel junction (MTJ) can only be achieved if the barrier height is far below to that of the intrinsic MgO. Ab-initio calculations combined with experiments revealed that this reduction in the barrier height is due to the oxygen vacancies lying within the MgO tunneling barrier. We characterized the exact energetic landscape of the oxygen vacancies lying within the MgO tunneling barrier and studied their impact on STT. We further extended our studies on organic nanospintronic devices crafted using an in-house developed nanolithography technique called ‘nanobead processing’, and successfully demonstrated their potential for the information encoding application.

L'effet de couple de transfert de spin (STT) permet de coder l'information magnétiquement en appliquant un courant d'entrée de haute densité. Cela fait du STT l'une des techniques les plus prometteuses pour réaliser des mémoires magnétiques à accès aléatoire (MRAM). Il a été rapporté que même pour la barrière de tunnel MgO la plus fine, la densité de courant requise pour piloter le mécanisme STT dans une jonction tunnel magnétique (MTJ) ne peut être atteinte que si la hauteur de la barrière est bien inférieure à celle du MgO intrinsèque. Les calculs ab-initio combinés aux expériences ont révélé que cette réduction de la hauteur de la barrière est due aux vacances d'oxygène situées dans la barrière de tunnel du MgO. Nous avons caractérisé le paysage énergétique exact des vacances d'oxygène situées dans la barrière de tunnel du MgO et étudié leur impact sur le STT. Nous avons étendu nos études aux dispositifs nanospintroniques organiques fabriqués à l'aide d'une technique de nanolithographie développée en interne, appelée "traitement des nanobilles", et avons démontré avec succès leur potentiel pour l'application de codage de l'information.

Mots clés: Spin transfer torque; Oxygen vacancies; Magnetic random-access memories; Magnetic tunnel jonction; Nanolithography; Nanobead processing; Information encoding; Organic spintronics

Mots clés: Couple de transfert de spin; Lacunes d'oxygène; Mémoires magnétiques à accès aléatoire; Jonctions tunnel magnétiques; Nanolithographie; Traitement des nanobilles; Codage de l'information; Spintronique organique

Domaines: Physique [physics]

Lalit Mohan Kandpal. Localized states in the spacer layer of spintronic nanodevices. Physics [physics]. Université de Strasbourg, 2021. English. ⟨NNT : 2021STRAE017⟩. ⟨tel-03982200⟩