1.3 Applications du rayonnement de champ proche
1.3.6 L’écriture des données informatiques assistée par rayon-
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Figure 1.17 – (a) Schéma expérimental du microscope thermique de champ proche. La pointe diffracte le champ proche en champ lointain vers le détecteur. Ses oscillations modulent le signal utile qui sera récupéré via une détection synchrone (figure reprise de la référence [31]). (b) Pointe de microscope thermique de champ proche amélioré par Kittel et al.. Un thermocouple entre la surface d’or et la pointe de platine permet de mesurer le transfert thermique.
rayonnement de champ proche soit en large bande (en envoyant un signal de référence avec une source continue) soit pour une longueur d’onde définie en utilisant un laser CO2. Ces informations précises sur la fréquence de résonance des ondes de surface donnent la possibilité de visualiser les modifications des matériaux en surface. Il n’est pas obligatoire d’utiliser un interféromètre asy-métrique, Jones et al. ont aussi mesuré le rayonnement de champ proche en utilisant un spectromètre plus conventionnel sans source de référence avec des résultats similaires [57]. Cependant l’échantillon ou la pointe ont besoin d’être chauffés à quelques centaines de degrés.
1.3.6 L’écriture des données informatiques assistée par rayon-nement thermique
Depuis les années 50 de nouvelles technologies ont permis d’améliorer sensi-blement le stockage des données informatiques comme le développement de couches minces ou la découverte de la magnétorésistance géante. Les densités de stockage de données ont atteint 750 Tb.m−2, ce qui représente la moitié de la limite théorique de stockage pour des matériaux à mémoire magnétique [18]. L’augmentation de la densité de stockage est limitée par la diminution
Figure 1.18 – Montage expérimental d’imagerie de champ proche où l’échantillon avec la pointe est placé dans un bras de l’interféromètre de Michelson (figure reprise de la référence [51]).
de la taille des grains magnétiques. En effet l’information est codée grâce à la variation de l’aimantation des grains magnétiques, cette modification étant réalisée grâce à l’application d’un fort champ magnétique très localisé sur le grain où l’on cherche à écrire une donnée. Plus la taille du grain est faible plus son état magnétique sera thermiquement instable, ce qui peut poser rapidement des problèmes de fiabilité de l’écriture. Il est alors nécessaire de passer à des matériaux ayant de fortes anisotropies magnétiques avec des tailles de grain de l’ordre de 2 à 3 nm. Ceci ouvre la voie à une densité de stockage possible de l’ordre de la centaine de Pb.m−2. Cependant le champ coercitif de ces matériaux (champ magnétique nécessaire pour modifier l’aimantation) est plus important que pour les matériaux magnétiques utilisés jusqu’à présent, il dépasse même le champ maximal généré par une tête d’écriture classique. Pour y remédier il faut chauffer le matériau afin que sa température dépasse la température de Curie pour laquelle le champ coercitif devient presque nul (voir la figure 1.19). Mais ce chauffage doit se faire sur des surfaces très faibles, de l’ordre de la dizaine de nanomètres de côté, donc inférieures à la limite de diffraction (afin de chauffer puis d’écrire la donnée uniquement sur le grain considéré et non sur les voisins) et pour des temps très courts de l’ordre de la nanoseconde (pour assurer une vitesse d’écriture adéquate).
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Figure 1.19 – Tracé de principe du champ coercitif en fonction de la température. L’élévation de la température du matériau magnétique permet de diminuer le champ coercitif et ainsi de procéder à l’écriture de données sans devoir augmenter le champ magnétique émis par la tête d’écriture.
rayonnement de champ proche dans le visible qui implique les plasmons de sur-face. Ces résonances vont être générées au niveau d’un transducteur et vont se coupler avec la fine couche de matériau magnétique. Ce couplage va provo-quer une augmentation localisée du champ électrique dans la couche à écrire qui va se dissiper sous forme de chaleur. Une fois que le grain est chaud, le transducteur laisse place à la tête d’écriture (figure 1.20). L’équipe de Challe-ner et al. a réussi à concevoir un tel système avec une largeur de pistes de 70 nm et une densité de stockage des données de l’ordre de 375 Tb.m−2 [18]. Ce domaine a un fort potentiel industriel, de nombreux brevets ont été déposés notamment sur la conception du transducteur à champ proche [20] [19] et sur les méthodes de refroidissement de la couche de matériau magnétique grâce à des nanostructures [105].
La course à l’augmentation de la densité de mémoire électronique passe aussi par l’étude de nouveaux matériaux pouvant supporter l’information comme les matériaux à changement de phase. L’étude de ces matériaux est plus éloignée du rayonnement de champ proche mais fait partie des applications induites par le développement des nano-transferts thermiques. Ceux-ci possèdent la
pro-Figure 1.20 – Montage expérimental d’écriture de données assistée par rayonnement de champ proche. Le rayonnement laser incident est couplé via un réseau à un trans-ducteur de champ proche (noté NFT dans le schéma pour near-field transducer). Ce transducteur permet de chauffer localement la couche mince magnétique avant que celle-ci ne subisse le champ magnétique de la tête d’écriture suivant immédiatement le transducteur (figure reprise de la référence 18).
priété d’avoir une résistance électrique et thermique qui varie énormément et rapidement lors de leurs transitions de phase amorphe-cristallin. Même si ce type de matériaux est connu depuis les années 60, peu répondent à tous les critères nécessaires à la technologie de stockage de données comme par exemple le chalcogénure Ge2Sb2Te5. Le passage à l’état amorphe est réalisé par un pulse de chaleur d’une durée de l’ordre de 10 ns avec une température supérieure à 600°C suivi d’un refroidissement rapide (109 K.s−1). La recristallisation se fait via un pulse plus long (100 ns) avec une température plus faible à 200°C [46]. Le stockage des données se fait donc grâce à une focalisation d’une diode laser pour chauffer la petite zone (de quelques dizaines de nanomètres de côté) contenant le bit d’information et aussi pour la lire (en chauffant à une température plus faible). L’écriture peut se faire via une pointe de microscope à force atomique qui focalise la lumière de la diode laser ou à l’aide d’un nano-chauffeur composé d’une couche mince de platine de 25 nm d’épaisseur. La densité reste pourtant limitée par la diffraction du point de focalisation du laser mais aussi par la capacité maximale théorique de ce type de matériaux qui n’est pas encore bien estimée. En effet les mécanismes de transition de phase ne sont pas encore bien
compris [46et119]. En outre, plus on augmente la densité de données inscrites, plus leur destruction avant réécriture implique un chauffage plus important et donc de nouvelles difficultés technologiques. Néanmoins les travaux de Ha-mann et al. ont permis de montrer que cette technologie atteint des vitesses de lecture/écriture de l’ordre de 100 MHz et de 10 MHz pour la suppression de données avec des densités de l’ordre de 13 Pb.m−2 [46]. Pour les lecteurs intéressés par plus de détails, Wong et al. proposent une revue complète sur le sujet [119].