La présente invention concerne un dispositif de modification d’au moins la direction d’aimantation d’une couche magnétique. La présente invention se rapporte également à un système spintronique comprenant un tel dispositif et à un procédé de modification.

Les dispositifs spintroniques tirent parti du degré de liberté offert par le spin de l'électron pour offrir des fonctionnalités supplémentaires aux dispositifs électroniques conventionnels, basés sur la charge de l’électron, tels que la non-volatilité de l’information. Le terme d’électronique de spin ou spintronique est utilisé pour désigner une telle technologie.

L’application d’un courant polarisé en spin dans un élément ferromagnétique ou ferrimagnétique permet de manipuler la direction d'aimantation de cet élément. Ce courant polarisé en spin génère en effet un couple dit de transfert de spin agissant sur l’aimantation, qui a, par exemple, été utilisé pour le fonctionnement de technologies spintroniques comme la mémoire magnétique à accès aléatoire, basée sur le transfert de spin au travers d’une jonction tunnel. Dans ces mémoires, le courant est appliqué perpendiculairement au plan d’une jonction tunnel magnétique, ce qui permet de renverser l’aimantation d’une des couches composant la jonction.

Une autre manière de renverser l’aimantation par application de courant est basée sur les couples dits spin-orbite. Ces couples apparaissent dans des bicouches constituées d’un matériau a effet Hall de spin, typiquement un métal lourd (comme Pt, Pd, W, Ta), en contact avec un matériau ferromagnétique ou ferrimagnétique (comme Co ou CoFeB). Ils peuvent également apparaître par effet Rashba-Edelstein à l’interface entre l’élément ferromagnétique ou ferrimagnétique et l’élément ferroélectrique. L’effet Hall de spin et/ou l’effet Rashba-Edelstein permettent de convertir un courant de charge circulant cette fois dans le plan d’un empilement en un courant de spin perpendiculaire au plan de l’empilement. Ce courant de spin peut entrainer la mise en oscillation et/ou le renversement d’aimantation de la couche aimantée.

Cette technique de modification de l’orientation de l’aimantation par couple spin- orbite est par exemple utilisée pour créer des mémoires magnétiques à accès aléatoire basées sur des couples spin-orbite, dans lesquelles l’information codée dans l’état d’aimantation de l’élément ferromagnétique ou ferrimagnétique peut être renversé en appliquant un courant dans le plan des couches. Cette technique peut également être utilisée pour créer des dispositifs de type registre à décalage, constitués de pistes dans lesquelles l’information est codée via des inhomogénéités magnétiques, comme des parois magnétiques ou des skyrmions, qui peuvent être déplacées par couples spin-orbite. Cette technique peut encore être utilisée dans des oscillateurs spin-orbite, dans lesquels le courant de spin généré par un courant de charge dans le plan permet d’entretenir des oscillations de l’aimantation, de manière à générer des signaux radiofréquence.

L’élément fondamental de ces dispositifs basés sur le couple spin-orbite est souvent une couche de matériau à effet Hall de spin en contact avec l’élément ferromagnétique ou ferrimagnétique. Un courant de charge dans le plan de l’empilement est converti en courant de spin par Effet Hall de spin. Cette conversion entre courant de charge et courant de spin est fixée par la nature de l’empilement des couches. La modification de la direction de l’aimantation est donc uniquement contrôlée par le courant circulant dans le plan de l’empilement.

Il existe donc un besoin pour un dispositif de modification d’au moins une propriété magnétique d’une couche magnétique qui offre plus de degrés de liberté pour un système spintronique qui comprendrait un tel dispositif de modification.

Pour cela, la présente description porte sur un dispositif de modification d’au moins la direction d’aimantation d’une couche magnétique, le dispositif de modification comportant une couche ferroélectrique présentant une polarisation ferroélectrique, disposée sur ou sous la couche magnétique de sorte à définir un empilement comportant au moins la couche magnétique et la couche ferroélectrique, un générateur apte à injecter un courant électrique dans l’empilement selon une direction parallèle au plan des couches de l’empilement, et une unité de modification propre à modifier la polarisation ferroélectrique de la couche ferroélectrique pour permettre avec le générateur de modifier la direction d’aimantation de la couche magnétique.

Il est ainsi proposé un moyen de modification de la direction de l’aimantation dans laquelle cette modification dépend à la fois d’un courant circulant dans le plan de l’empilement, et de manière non-volatile de la polarisation d’une couche ferroélectrique notamment par l’application d’une tension sur ladite couche ferroélectrique. En effet, le dispositif utilise une couche ferroélectrique, dont l’état de polarisation permet de modifier le couple spin-orbite.

Ce degré de liberté supplémentaire pourra permettre d’ajouter des fonctionnalités à ces dispositifs, comme des fonctions logiques en plus de la mémoire, ou encore la reprogrammabilité.

Selon des modes de réalisation particuliers, le dispositif de modification présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - l’unité de modification de la polarisation ferroélectrique est une source de tension.

- la couche magnétique est en contact avec la couche ferroélectrique.

- au moins une couche parmi la couche magnétique et la couche ferroélectrique est nanostructurée.

- l’empilement comporte une couche intermédiaire intercalée entre la couche ferroélectrique et la couche magnétique, la couche intermédiaire comportant un matériau à effet Hall de spin, notamment un métal tel du platine ou du tungstène.

- l’empilement comporte une couche intermédiaire intercalée entre la couche ferroélectrique et la couche magnétique, la couche intermédiaire comportant avantageusement un matériau choisi dans la liste suivante pris seul ou en combinaison : un semi-métal de Weyl, un matériau bidimensionnel, notamment du graphène, un dichalcogénure de métaux de transition, et un isolant topologique.

- la couche ferroélectrique est en contact avec une couche protectrice.

- la couche protectrice permet de protéger un gaz d’électrons bidimensionnel se formant à la surface de la couche ferroélectrique.

- la couche protectrice est obtenue par le dépôt à au moins 80% d’un élément métallique réducteur des colonnes 3d, 4d, 5d, 4f, 5f de la classification périodique ou une combinaison de ces éléments.

La description décrit également un système spintronique comprenant une couche magnétique, un dispositif de modification d’au moins la direction d’aimantation de la couche magnétique, le dispositif de modification étant tel que précédemment décrit, et une unité de lecture de l’aimantation de la couche magnétique, l’unité de lecture étant, par exemple, une jonction tunnel magnétique.

Suivant un mode de réalisation particulier, le système spintronique est choisi parmi une mémoire, un registre à décalage, un oscillateur, une partie d’un dispositif logique ou neuromorphique, et un émetteur ou un récepteur radiofréquence.

En particulier, le système spintronique est un registre à décalage basé sur la propagation de parois de domaines magnétiques ou de skyrmions.

En variante, le système spintronique est une partie d’un dispositif logique ou neuromorphique basé sur la propagation de parois de domaines magnétiques ou de skyrmions ou d’ondes de spin.

La description concerne aussi un procédé de modification d’au moins la direction d’aimantation d’une couche magnétique, le procédé comportant une étape de modification de l’aimantation de la couche magnétique par modification de la polarisation ferroélectrique d’une couche ferroélectrique disposée sur ou sous la couche magnétique, de sorte à définir un empilement comportant au moins la couche magnétique et la couche ferroélectrique, et par injection d’un courant électrique dans l’empilement selon une direction parallèle au plan des couches de l’empilement.

Suivant un mode de réalisation particulier, la modification de la polarisation ferroélectrique est mise en œuvre par application d’une tension électrique sur la couche ferroélectrique.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnée à titre d'exemple uniquement et en référence aux dessins qui sont :

- figure 1 , une représentation schématique d’une couche magnétique et d’un exemple de dispositif de modification d’au moins une propriété magnétique de la couche magnétique,

- figure 2, une représentation schématique d’un exemple de système spintronique,

- figure 3, une représentation schématique d’un autre exemple de système spintronique, et

- figure 4, une représentation schématique de la couche magnétique et d’un autre exemple de dispositif de modification d’au moins une propriété magnétique de la couche magnétique.

Comme la présente invention repose sur une nouvelle technique de modification d’une propriété magnétique d’une couche magnétique, il est d’abord présenté comment implémenter physiquement une telle technique en décrivant un dispositif de modification spécifique avant d’expliquer comment un tel dispositif de modification permet d’obtenir un système spintronique qui offre plus de fonctionnalité grâce aux degrés de liberté obtenus par cette nouvelle technique.

La figure 1 présente ainsi une implémentation physique de la nouvelle technique précitée. Plus spécifiquement, une couche magnétique 10 et un dispositif de modification 12 sont représentés sur la figure 1 .

Par définition, la couche magnétique 10 est une monocouche ou une multi-couche ferromagnétique et/ou ferrimagnétique. Autrement dit, le matériau ou l’ensemble des matériaux formant la monocouche ou la multi-couche forment un ensemble ferromagnétique et/ou ferrimagnétique même si certains des matériaux entrant dans la composition de ladite couche sont intrinsèquement non ferromagnétiques et/ou non ferrimagnétiques.

Selon un premier exemple, l’élément magnétique de cette mono ou multi couches polarisant en spin est un alliage Heusler, par exemple CusMnAI, CusMnln, CusMnSn, NfiMnAI, NfiMnln, NfiMnSn, NfiMnSb, NipMnGa CosMnAI, CosMnSi, CosMnGa, CosMnGe, PchMnAI, PdsMnln, PdsMnSn, PdsMnSb, CosFeSi, CosFeAl, FesVAI, MnpVGa, CosFeGe, MnGa, ou MnGaRu.

Dans un deuxième exemple, le matériau ferromagnétique et/ou ferrimagnétique est à base d’élément 3d tels que Fe, Ni, Cr, Mn, Co, utilisés purs ou sous forme de multicouches ou d’alliages, entre eux ou avec d’autres éléments, comme par exemple CoPtCr, CoFe, CoFeB, CoNi, NiFe, FePt ou FePd.

Dans un troisième exemple, le matériau ferromagnétique et/ou ferrimagnétique peut comporter des alliages à base de terres rares, comme par exemple Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, ou Dy.

Dans un quatrième exemple, le matériau ferromagnétique et/ou ferrimagnétique peut comporter des composés azotés tels que Mn ₄ N.

La couche magnétique 10 présente une épaisseur comprise entre 0,1 nanomètre (nm) et 200 nm.

Par définition, l’épaisseur est la distance entre les deux faces de la couche magnétique 10 dans la direction perpendiculaire au plan dans lequel s’étend principalement la couche magnétique 10.

De préférence, l’épaisseur de la couche magnétique 10 est comprise entre 0,1 nm et 20 nm.

La couche magnétique 10 présente des propriétés magnétiques parmi lesquels l’aimantation.

L’aimantation de cette couche magnétique est sa densité volumique de moment magnétique. Cette aimantation est une grandeur vectorielle, et elle n’est pas nécessairement uniforme dans la couche, c’est-à-dire que sa direction est variable d’un point à l’autre de la couche magnétique. Il est entendu par la direction d’aimantation de la couche magnétique la direction de l’aimantation en chaque point de cette couche. Une modification de la direction d’aimantation de la couche peut donc concerner toute la couche ou seulement une partie de la couche.

Le dispositif de modification 12 est un dispositif de modification 12 d’au moins une propriété magnétique de la couche magnétique 10.

Dans l’exemple décrit, le dispositif de modification 12 est propre à modifier la direction d’aimantation de la couche magnétique 10.

Le dispositif de modification 12 comprend une couche ferroélectrique 14, un générateur de courant 16 et une unité de modification 18.

La couche ferroélectrique 14 est disposée sur ou sous la couche magnétique 10 de sorte à définir un empilement 19 comportant au moins la couche magnétique 10 et la couche ferroélectrique 14. Dans l’exemple de la figure 1 , La couche ferroélectrique 14 est en contact avec la couche magnétique 10.

La couche ferroélectrique 14 est composée d’une mono ou d’une multicouche comportant un ou des matériaux assurant des propriétés ferroélectriques à la couche résultante.

Selon l’exemple de la figure 1 , la couche ferroélectrique 14 comporte un matériau présentant avantageusement une structure pérovskite.

Par exemple, la couche ferroélectrique 14 comporte du BaTiOs, du PZT, du PMN- PT, du BiFeOs, ou du SrTiOs, ou un autre élément de type ABO3 où A et B sont deux cations, ou encore un mélange de ces matériaux.

L’acronyme PZT désigne l’élément PbZri. _x Ti _x O3 où x peut varier entre 0 et 1 .

Les éléments comme BiFeOs ou SrTiOs peuvent éventuellement être dopés. Par exemple, le BiFeOs peut être dopé par des terres rares.

En variante, des matériaux ferroélectriques ne présentant pas une structure pérovskite sont envisageables. Notamment, il peut être cité le poly(fluorure de vinylidène) (aussi désigné par le sigle PVDF renvoyant au terme anglais de « Polyvinylidene Fluoride ») ou le CsBiNbsOy Ou l’élément (Hfi- _x Zr _x )02 ou (Hfi. _x Ga _x )C>2 (avec x variant entre 0 et 1 ).

En variante, des matériaux ferroélectriques bidimensionnels tels que des dichalcogénures de métaux de transitions, comme WTe2 ou M0S2 ou MoSe2, ou CulnP ₂ S6 peuvent être utilisés.

En variante également des matériaux semiconducteurs ferroélectriques Rashba comme par exemple GeTe ou encore Gei- _x Mn _x Te (avec X variant entre 0 et 1 ), éventuellement dopé ou substitué avec du Sn, ou encore AgBiP ₂ X ₆ (X = S, Se and Te), ou encore LiZnSb, LiGaGe, KMgSb, LiBeBi, NaZnSb, LiCaBi peuvent être utilisés.

En variante, le matériau peut être un matériau qui n’est pas spontanément ferroélectrique mais qui peut devenir ferroélectrique en appliquant une contrainte, ou un champ électrique, ou par dopage.

La couche ferroélectrique 14 présente une polarisation ferroélectrique.

La couche ferroélectrique 14 présente une épaisseur appropriée pour que sa polarisation puisse être renversée. A titre indicatif, dans le domaine de la microélectronique pour lequel les tensions compatibles sont généralement inférieures à 10 Volts, typiquement une épaisseur inférieure à 100 nm et avantageusement inférieure à 50 nm est une épaisseur appropriée.

Dans l’exemple de la figure 1 , c’est l’unité de modification 18 qui est propre à modifier la polarisation ferroélectrique de la couche ferroélectrique 14. Selon l’exemple proposé, l’unité de modification 18 est une source de tension, la variation de la tension permettant de modifier la polarisation.

Un exemple de source de tension est un générateur de tension alimentant la couche ferroélectrique 14. Ce générateur de tension est connecté alors à l’empilement 19 par des contacts disposés par exemple de part et d’autre de l’empilement 19.

Selon un autre exemple de source de tension, celle-ci est un transistor ou un ensemble de transistors réalisés par exemples par des circuits intégrés et reliés électriquement à la couche ferroélectrique 14.

Par ailleurs, le générateur de courant 16 est propre à injecter du courant dans l’empilement 19 selon une direction parallèle au plan des couches de l’empilement 19.

Le plan des couches de l’empilement 19 est un plan dans lequel les couches de l’empilement 19 s’étendent.

L’unité de modification 18 est ainsi apte à modifier la polarisation ferroélectrique de la couche ferroélectrique 14, pour permettre avec le générateur 16 de modifier la direction d’aimantation de la couche magnétique 10.

En effet, la direction d’aimantation de la couche magnétique 10 est liée à la polarisation ferroélectrique de la couche ferroélectrique 14 et au courant électrique circulant dans l’empilement 19.

Autrement formulé, la polarisation de la couche ferroélectrique 14 et l’application d’un courant dans l’empilement 19 permettent, à eux deux, de contrôler la direction de l’aimantation de la couche magnétique 10.

Cela implique que la couche ferroélectrique 14 est agencée spatialement par rapport à la couche magnétique pour modifier la direction de l’aimantation de celle-ci sous l’effet du courant injecté par le générateur de courant 16.

Plus précisément, en fonctionnement, le dispositif de modification 12 convertit le mouvement de charge (courant de charge) provenant du courant injecté par le générateur de courant 16 en un flux de moment magnétique de spin (courant de spin) dans la couche magnétique.

Une telle conversation courant de charge vers courant de spin est, par exemple, obtenue par effet Rashba-Edelstein.

L’effet Rashba-Edelstein permet la conversion d’un courant de charge en un courant de spin à la surface d’un isolant topologique ou à une interface ou dans le volume de certains matériaux. Il apparaît lorsque la symétrie d’inversion est brisée, ce qui résulte en l’apparition d’un champ électrique perpendiculaire au plan de l’empilement 19. C’est par exemple possiblement le cas de l’interface entre la couche magnétique 10 et la couche ferroélectrique 14. En présence d’un effet Rashba-Edelstein, le vecteur d’onde des électrons et le spin sont couplés ; la dégénérescence de spin est levée et dans le cas le plus simple, la structure électronique de la surface ou de l’interface consiste en deux contours de Fermi concentriques présentant des chiralités de spin opposées.

Lorsqu’un courant de charge est injecté par le générateur de courant 16 dans la l’empilement 19, l’effet Rashba-Edelstein fait qu’un décalage opposé mais non-équivalent des contours de Fermi se produit, ce qui génère un courant de spin.

Comme l’amplitude de l’effet Rashba-Edelstein dépend de la direction de la polarisation de la couche ferroélectrique 14, la conversion précitée en dépend également, de sorte que le courant de spin et donc la direction d’aimantation en dépendent aussi.

Contrôler l’état de la polarisation de la couche ferroélectrique 14 permet donc de contrôler les propriétés du courant de spin circulant dans la couche magnétique 10 après injection d’un courant de charge et ainsi de modifier la direction d’aimantation.

En variante, si l’empilement 19 comporte un matériau à effet Hall de spin la conversion courant de charge vers courant de spin peut être obtenue par effet Hall de spin et là encore, la polarisation de la couche ferroélectrique 14 permet de contrôler l’amplitude de la conversion par effet Hall de spin et donc l’aimantation de la couche magnétique 10.

Dans tous les cas, un courant appliqué dans l’empilement 19 créé une accumulation de spin, ces spins étant dans le plan de l’empilement 19, et orthogonaux au courant appliqué. La diffusion de ces spins dans la couche magnétique 10 adjacente correspond à un courant de spin, qui génère un couple agissant sur l’aimantation et permettant de modifier la direction de cette aimantation. L’amplitude et le signe du courant de spin est contrôlé par la polarisation ferroélectrique de la couche ferroélectrique 14.

Dans tous les cas, le dispositif de modification 12 est ainsi propre à mettre en œuvre un procédé de modification de la direction d’aimantation de la couche magnétique 10.

Le procédé comporte une étape de modification de l’aimantation de la couche magnétique 10 par modification de la polarisation ferroélectrique de la couche ferroélectrique 14 et par injection d’un courant électrique dans l’empilement 19 selon une direction parallèle au plan des couches de l’empilement 19.

Dans le cas de la figure 1 , la modification de la polarisation ferroélectrique est mise en œuvre par application d’une tension électrique sur la couche ferroélectrique 14.

L’unité de modification 18 permet donc de contrôler la direction d’aimantation de la couche magnétique 10 pourvu qu’un courant de charge soit injecté dans l’empilement 19.

Le degré de liberté supplémentaire apporté par la tension permet d’envisager d’utiliser le dispositif de modification 12 dans un système spintronique pour que la couche magnétique 10 puisse procurer en combinaison avec d’autres éléments des fonctionnalités complémentaires comme la mémorisation ou la reprogrammabilité.

Le dispositif de modification 12 est ainsi particulièrement avantageux dans un système spintronique 30 tel que représenté sur la figure 2.

Le système spintronique 30 comprend la couche magnétique 10, le dispositif de modification 12 de la figure 1 et une unité de lecture 32 de l’aimantation de la couche magnétique 10.

L’unité de lecture 32 de l’aimantation de la couche magnétique 10 est propre à déterminer la direction de l’aimantation de la couche magnétique 10.

Selon l’exemple de la figure 2, l’unité de lecture 32 est une jonction tunnel magnétique.

Une jonction tunnel magnétique est un empilement d’une couche magnétique séparée d’une couche libre par une couche barrière. La couche libre est la couche pouvant se renverser sous l’effet du couple spin-orbite. La couche barrière est, par exemple, réalisée en MgO ou en AI2O3.

Dans certains cas, comme visible sur la figure 3, l’unité de lecture 32 est positionnée au-dessus de l’empilement 19.

Selon une variante, l’unité de lecture 32 est positionnée en-dessous de l’empilement 19.

D’autres modes de réalisation sont possibles pour l’unité de lecture 32. Notamment, l’unité de lecture 32 peut être un empilement de couches à magnétorésistance géante, une unité de lecture par effet Hall extraordinaire dans la couche magnétique 10, une unité de lecture par effet Hall planaire, ou une unité de lecture par magnétorésistance anisotrope.

Dans chacun des cas, l’unité de lecture 32 permet d’obtenir une information qui est codée dans les propriétés magnétiques de la couche magnétique 10.

Par exemple, lorsque le système spintronique 30 est une mémoire, l’information est codée dans la direction d’aimantation de la couche magnétique 10.

La mémoire fonctionne comme une mémoire dite Mémoire Magnétique à Couple Spin-Orbite, dans laquelle l’état d’aimantation dépend du signe de l’impulsion de courant envoyé dans le plan de l’empilement. Dans l’exemple décrit, l’état d’aimantation écrit dans la couche magnétique 10 dépend en outre de l’état de polarisation de la couche ferroélectrique 14, qui peut changer en signe et en amplitude le couple agissant sur l’aimantation.

Par exemple, si l’état d’aimantation est décrit par 0 ou 1 , ces valeurs correspondant à des aimantations opposées, il est possible de transiter de l’état 0 vers l’état 1 en appliquant un courant dans le plan positif, si la polarisation est positive. Il est également possible de transiter de 0 vers 1 en appliquant un courant dans le plan négatif, si la polarisation est négative. Cela permet par exemple d’utiliser des courants toujours positifs pour écrire l’information, en changeant l’état de polarisation ferroélectrique pour contrôler l’état d’aimantation mis en mémoire.

Il n’est pas forcément nécessaire d’appliquer constamment une tension entre les faces de la couche ferroélectrique 14, puisque la polarisation ferroélectrique peut être rémanente.

Dans d’autres modes de réalisation, l’information est codée dans les positions ou les configurations d’inhomogénéités magnétiques telles des parois de domaines magnétiques, de skyrmions ou d’ondes de spin se propageant dans la couche magnétique 10.

Dans un tel cas, modifier la polarisation ferroélectrique permet de modifier la propagation d’un des éléments précités (paroi / skyrmion / onde de spin). La modification peut être une modification de la vitesse (accélération ou ralentissement, voire un changement de signe ou un arrêt) ou de l’amplitude (amplification ou atténuation). Pour des parois, des skyrmions ou ondes de spin se déplaçant dans un circuit sous l’effet de couples spin-orbite, le contrôle de la polarisation en certains points du circuit permet de contrôler localement le couple spin-orbite, et donc le déplacement et le comportement des parois, des skyrmions ou ondes de spin. L’utilisation de la rémanence de la polarisation ferroélectrique peut permettre de reconfigurer de tels dispositifs.

Dans une telle application, le dispositif de contrôle 12 vient donc apporter un degré de liberté supplémentaire résultant en une amélioration de la fonction réalisée par le dispositif de contrôle 12.

Un tel apport est avantageux pour de multiples systèmes spintroniques 30, parmi lesquels une mémoire, un registre à décalage, une partie d’un dispositif logique ou neuromorphique, un oscillateur, un émetteur radiofréquence ou un récepteur radiofréquence.

Dans certains de ces modes de réalisation, le système spintronique 30 est un oscillateur spin-orbite à transfert de spin, le couple agissant sur l’aimantation permettant d’entraîner l’oscillation de l’aimantation à des fréquences de l’ordre du GHz, générant ainsi un signal micro-ondes pour la télécommunication sans fils.

Contrairement aux oscillateurs classiques, pour lesquels l’amplitude, la phase et la fréquence du signal ne dépendent que du courant appliqué, ici ils dépendent également de la polarisation ferroélectrique de l’élément ferroélectrique 14, qui peut ainsi être réglée de manière rémanente. Cela peut par exemple permettre de synchroniser des oscillateurs entre eux, pour des télécommunications ou des applications logique et/ou neuromorphiques.

Inversement, il est possible d’utiliser ce type de dispositif en récepteur, la réception d’un signal micro-onde entraînant l’oscillation de l’aimantation de la couche magnétique 10, générant ainsi une tension continue dans le plan de l’empilement. Dans ce cas, contrairement au cas des dispositifs mémoires, le dispositif de contrôle 12 n’applique pas de courant dans le plan de l’empilement, mais mesure seulement la tension continue créée dans le plan de l’empilement par la mise en oscillation de l’aimantation.

Pour améliorer les propriétés de tels systèmes spintroniques 30, d’autres modes de réalisation du dispositif de modification 12 sont envisageables.

Ainsi, à titre d’exemple, un autre dispositif de modification 12 est représenté sur la figure 4.

Le dispositif de modification 12 de la figure 4 présente les mêmes éléments que le dispositif de modification 12 de la figure 1. Aussi, les éléments communs ne sont pas répétés dans ce qui suit. Seules les différences sont présentées dans ce qui suit.

Dans le cas de la figure 4, le dispositif de modification 12 comporte, en outre, une couche intermédiaire 34 intercalée entre la couche magnétique 10 et la couche ferroélectrique 14.

La couche intermédiaire 34 peut être réalisée en de multiples matériaux.

Par exemple, la couche intermédiaire 34 est réalisée en un matériau spin-orbite et présente une épaisseur inférieure à 50 nm et avantageusement inférieure 10 nm

Un matériau spin-orbite est un matériau permettant de convertir un courant de charge en courant de spin.

Dans un tel cas, le matériau spin-orbite est avantageusement l’un des suivants : du beta-Tantale (beta-Ta), du BiSb, du Ta, du beta-Tungstène (beta-W), du W, du Pt et du Cu ou de l’Au dopés avec des éléments des colonnes 3d, 4d, 5d, 4f, 5f du tableau de Mendeleïev comme du W, du Ta ou du Bi.

Selon un autre exemple la couche intermédiaire 34 peut comporter un matériau bidimensionnel, éventuellement dopé, seul ou en combinaison avec d’autres matériaux.

Le graphène, le BiSes, le BiS, le TiS, Le NiPSs, le WS2, le M0S2, le TiSe2, le VSe2, le MoSe2, le B2S3, le Sb2S, le LaCPS2, le LaOAsS2, le ScOBiS2, le FePSs, le GaOBiS2, I’AIOBIS2, le LaOSbS2, le BiOBiS2, le LaOBiSe2, le TiOBiS2, le CeOBiS2, le PrOBiS2, le NdOBiS2, le LaOBiS2, le CrGeT es, le CrSiT es ou le SrFBiSs sont des exemples de matériaux bidimensionnels.

En variante, la couche intermédiaire 34 peut comporter un semi-métal de Weyl seul ou en combinaison avec d’autres matériaux. Le TaAs, le TaP, le NbAs, le NbP, le NasBi, CdsAss, WTe ₂ et MoTe ₂ sont des exemples de semi-métaux de Weyl pouvant être utilisés dans la couche intermédiaire 34.

Selon un autre exemple, la couche intermédiaire 34 comporte un isolant topologique. Un isolant topologique est un matériau ayant une structure de bande de type isolant mais qui possède des états de surface métalliques.

Le Bi ₂ Se3, le BiSe _x Te _2.x (x étant compris entre 0 et 2), le BiSbTe, le SbTes et le HgTe sont des exemples d’isolant topologique pouvant être utilisés dans la couche intermédiaire 34.

En variante, la couche intermédiaire 34 peut comporter un dichalcogénure de métaux de transition.

De préférence, dans un tel cas, le matériau de la couche intermédiaire 34 est un matériau présentant une formule chimique s’écrivant ROCh ₂ dans laquelle l’élément R est choisi dans la liste constituée du La, du Ce, du Pr, du Nd, du Sr, du Sc, du Ga, du Al et du In et l’élément Ch est choisi dans la liste constituée du S, du Se et du Te.

De tels types de matériaux présentent un effet spin-orbite satisfaisant pour la couche intermédiaire 34.

En résumé, le matériau de la couche intermédiaire 34 est avantageusement un matériau spin-orbite et notamment un semi-métal de Weyl et/ou un isolant topologique et/ou un matériau bidimensionnel et/ou un dichalcogénure de métaux de transition et/ou un oxyde (par exemple LaAlOs) et/ou encore un métal tel que du platine ou du tungstène.

Le fonctionnement du dispositif de modification 12 selon la figure 4 est similaire au fonctionnement décrit pour le dispositif de modification 12 selon la figure 1 .

D’autres modes de réalisation encore sont possibles.

Par exemple, la couche ferroélectrique 14 est en contact avec une couche protectrice.

La couche protectrice permet de créer et/ou de protéger un gaz d’électrons se formant à la surface de la couche ferroélectrique 14.

La couche protectrice est une couche comprenant à au moins 80% en proportion atomique un élément métallique des colonnes 3d, 4d, 5d, 4f, 5f de la classification périodique comme Al, Ta, Ru, Ir, Mo, Ti, Y, Au, ou une combinaison de ces éléments tel que AITa. Cette couche protectrice va s’oxyder partiellement ou totalement, créant des lacunes d’oxygène dans l’élément ferroélectrique 14 et générant ainsi un gaz bidimensionnel d’électrons à l’interface entre l’élément métallique, présentant une densité de porteurs supérieure à 1 O ¹⁰ cm ^-2 .

Dans un cas particulier, la couche protectrice est réalisée en Ru, en Al, en Ta, en Ti, en Mg ou en Y. Selon un autre mode de réalisation ou en complément, la couche magnétique 10 est nanostructurée.

Une telle nanostructuration peut notamment être réalisée par emploi d’une technique de lithographie. Cela permet d’obtenir par exemple un ensemble de nanoéléments présentant une ou des dimensions dans le plan de l’empilement inférieures à 100 nm. Une telle configuration est avantageuse pour le cas des mémoires ou des parties de dispositifs neuromorphiques.

Selon un autre exemple, cela permet de réaliser des nanopistes, notamment des pistes présentant une largeur inférieure à 200 nm, adaptées pour le cas de dispositifs basés sur l’utilisation de parois de domaine ou de skyrmions.

Dans certaines applications, en variante ou en complément, la couche ferroélectrique 14 est nanostructurée.

L’homme du métier comprendra bien que le dispositif de modification 12 peut comporter toute combinaison des modes de réalisation précités.

Dans chacun des cas, le dispositif de modification 12 permet de modifier au moins une propriété magnétique d’une couche magnétique (la direction d’aimantation ici) qui offre plus de degrés de liberté pour un système spintronique 30 qui comprendrait un tel dispositif de modification 12.