SyF dipolaire

La première solution explorée est celle du SyF à couplage dipolaire. L’empilement est : MgO / CoFeB 1,4 / Ta 1 / NiFe 3,5 / FeMn 12 (nm). L’idée est donc qu’en lecture il y ait un couplage dipolaire qui force la direction du CoFeB en fonction de l’état de l’AF. En écriture, le STT doit contrôler la direction de la couche de CoFeB qui va ainsi rayonner un champ magnétique sur la couche de NiFe pour l’aider à se retourner. Le RA vaut 18 Ω·µm2. On a choisi le tantale pour la couche de séparation métallique car il ne provoque pas de couplage RKKY (ou très peu [107]), il réduit l’épaisseur magnétique effective et il évite la dissipation du bore vers la barrière.

Comportement pleine tranche

Le comportement magnétique de cet empilement mesuré au VSM (Vibrating Sample Mea-

surement) est assez simple (Figure 3.6). En effet, avant la gravure des piliers, il n’y a pas de

couplage entre les couches du SyF dipolaire. Ainsi, on trouve un retournement en champ négatif de la couche de NiFe couplé par échange à l’AF, tandis que la couche CoFeB libre se retourne en champ nul. On observe un léger décalage de 5 Oe du cycle mineur de la couche libre qui pourrait provenir d’un couplage antiferromagnétique à travers le tantale, par exemple de type RKKY [107].

−500 0 500 1000 1500

−1 0 1

Champ magnétique (Oe)

Moment magnétique (u.a.) −10 0 10

−1 0 1

Champ magnétique (Oe)

Moment magnétique (u.a.)

Figure 3.6 – Cycle d’aimantation de l’empilement MgO / CoFeB 1,4 / Ta 1 / NiFe 3,5 / FeMn 12 (nm) mesuré en VSM. A droite, c’est le cycle mineur autour de 0 Oe.

Cycle R(H) d’un pilier

Des cycles de lecture de l’état P et de l’état AP sont montrés sur la figure 3.7. L’aimantation qui se retourne dans ce cycle est celle de la couche de CoFeB. Le décalage du cycle est donc dû au champ dipolaire vu par la couche de CoFeB. Ce champ est rayonné par la couche de NiFe. Ainsi le décalage du cycle assure que la couche de NiFe est correctement piégée par l’AF.

Réduction du champ d’écriture

Le champ d’écriture est mesuré par la méthode d’initialisation/écriture et tracé sur la figure 3.8. On observe que le champ d’écriture de l’état P est plus faible avec la polarité positive et le champ d’écriture de l’état AP est plus faible avec la polarité négative, en accord avec le STT. L’effet est semblable à celui qu’on observait sur la figure 2.10, mais le gain de champ est passé de 5 Oe à 50 Oe. Cette amélioration vient de la réduction de l’épaisseur de la couche recevant le couple de transfert de spin.

Couplage dipolaire en lecture

La cohérence de la couche de stockage est obtenue grâce au couplage dipolaire. C’est ce couplage qui permet de transmettre le couple depuis la couche de CoFeB qui le subit jusqu’au

−200 −100 0 100 200 800

1000 1200 1400

Champ magnétique (Oe)

Résistance (

Ω

)

Figure 3.7 – Cycles de magnétorésistance de l’empilement SyF avec couplage dipolaire. Le cycle rouge est la lecture après écriture de l’état Rmax, et le cycle bleu l’état Rmin

0,6 0,8 1 1,2 -100 -50 0 50 100 Champ>magnétique>(Oe) Tension>(V) V>0 V<0 0,6 0,8 1 1,2 -100 -50 0 50 100 Champ>magnétique>(Oe) Tension>(V) V>0 V<0 AP→P P→AP

Figure 3.8 – Champ d’écriture à 80 % de réussite pour une jonction avec l’empilement SyF dipolaire mesuré par initialisation/écriture avec des impulsions de 100 ns.

NiFe, et à l’AF qui stocke véritablement l’information. Pour écrire, l’aimantation de la couche de NiFe doit être maintenue dans la direction désirée pendant le refroidissement. C’est le champ magnétique appliqué qui permet cela. Cependant il faut lui ajouter le champ dipolaire de la couche de CoFeB. On contrôle la direction de la couche de CoFeB avec le STT et on contrôle ainsi la direction du champ dipolaire qui assiste le retournement de la couche de NiFe. Ainsi la réduction de champ d’écriture obtenue par STT est essentiellement le champ dipolaire vu par le NiFe.

Ce couplage dipolaire permet également la lecture de l’état écrit comme sur la figure 3.7 où l’état P et l’état AP peuvent être distingués en champ nul. Une qualité de ces cycles de lecture est que le retournement est franc et qu’il n’y a pas d’états intermédiaires comme ceux observés sur la figure 2.17.

Cependant, si on réalise plusieurs écritures successives, le décalage du cycle n’est pas repro- ductible. Par exemple sur la figure 3.9 il y a dix cycles de lecture après dix écritures de l’état P. On constate que le champ de décalage est dispersé sur une gamme de champ aussi large que le champ dipolaire. Autrement dit, il n’est pas possible d’écrire des états correctement lisibles sur ce système car la dispersion de champ d’échange est trop large et le couplage dipolaire est trop faible. Cela se répercute sur le taux d’écriture qui sature généralement autour de 80 % - 90 % (non montré).

Ainsi, ce premier empilement nous a permis d’accroître l’influence du couple de transfert de spin en comparaison à l’empilement TAS standard. Cependant l’écriture n’est pas de bonne qualité car le champ dipolaire est trop dispersé en lecture. Si le champ dipolaire n’est pas re- productible, c’est que l’état de la couche de NiFe n’est pas le même à chaque écriture. Pour expliquer cela on peut imaginer que la couche de NiFe est dans des états micromagnétiques non uniformes ou qu’il y a un angle entre l’axe de facile aimantation et l’axe du couplage d’échange ferromagnétique/antiferromagnétique. Pour améliorer la qualité de l’état écrit, on peut envisager

d’augmenter le couplage entre les deux couches du SyF afin que le STT soit mieux transmis à la couche piégée. −200 −100 0 100 200 800 1000 1200 1400

Champ magnétique (Oe)

Résistance (

Ω

)

Figure 3.9 – Dix cycles de lecture, réalisés chacun après une écriture de l’état Rmin