Paris, 31 octobre 212
Une brique de base pour les systèmes sécurisés?
Des physiciens de l’Institut d'Electronique Fondamentale (CNRS / Université Paris-Sud) et de l’Unité Mixte de Physique CNRS-Thales, en collaboration avec des équipes de City University de Hong Kong et de l’Université de Gand (Belgique), viennent de mettre en évidence un phénomène d’auto-modulation – et même de phases chaotiques – dans la dynamique du cœur de vortex magnétique, zone centrale de quelques dizaines de nanomètres au centre du vortex. Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives sur les oscillateurs hyperfréquences de taille nanométrique.
Un vortex est une configuration existante sous de nombreuses formes dans la nature comme, par exemple, le tourbillon d’une tornade ou le tourbillon microscopique de courants dans certains supraconducteurs qui se présente sous la forme d’un enroulement très rapide autour d’un centre de rotation. Malgré leur complexité apparente, les systèmes à base de vortex peuvent s’avérer être considérés comme des modèles pour comprendre des effets de dynamique très complexe.
Les systèmes étudiés sont des nanocontacts électriques, d’environ 20 nm de diamètre, permettant d’injecter de fortes densités de courant dans une structure spintronique classique composée de deux couches magnétiques ultra-minces séparées par une couche non magnétique. Le courant injecté produit trois effets principaux : premièrement il permet de faciliter la nucléation d’un vortex magnétique sous le nanocontact. De plus, il permet de générer la dynamique gyrotropique du cœur de vortex grâce à l’effet de transfert de spin, conduisant un mouvement orbital du cœur autour du nanocontact. Enfin, il permet de convertir cette dynamique en un signal radiofréquence grâce à l’effet de magnétorésistance géante. Ces chercheurs ont découvert que pour des courants très forts, la polarité du cœur se renverse, entraînant un inversement abrupte du sens de giration, à la base du phénomène d’auto-modulation.
Le résultat important de cette étude est que la compétition entre ces fréquences de giration et de modulation donne lieu à deux comportements distincts : (i) un état « commensurable », représentant un verrouillage de phase auto-induit, pour lequel le renversement de cœur se produit après un nombre entier de révolutions autour du nanocontact ; (ii) un état « incommensurable » ou chaotique pour lequel l’intervalle de temps entre chaque renversement de cœur parait aléatoire – le cœur accomplit un nombre entier de révolutions, qui est difficilement prévisible, avant de se renverser. Les chercheurs suggèrent que cette phase chaotique, atteignable à la demande en modifiant simplement le champ magnétique appliqué, pourrait être la brique de base de systèmes fortement intégrés pour des applications dans le domaine des communications sécurisées.
Figure : Densité spectrale de puissance d’un oscillateur à vortex montrant l’auto-modulation et l’auto-verrouillage de phase
Références :
Commensurability and chaos in magnetic vortex oscillations, S. Petit-Watelot1, J.-V. Kim1, A. Ruotolo2,3, R. Otxoa1, K. Bouzehouane2, J. Grollier2, A. Vansteenkiste4, B. Van de Wiele5, V. Cros2 et T. Devolder1, Nature Physics 8, 682-687 (2012).
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