FR2846459A1 - Method of realization of magnetic nanostructure with improved dynamic performance for high speed read heads, uses irradiation or ion implantation to create region in nanostructure with different magnetic properties to its surroundings - Google Patents

Method of realization of magnetic nanostructure with improved dynamic performance for high speed read heads, uses irradiation or ion implantation to create region in nanostructure with different magnetic properties to its surroundings Download PDF

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Abstract

The magnetic nanostructure (6) induces different magnetic properties in adjacent parts (7,8) of the structure. A zone with an easy axis of magnetization, and/or a different magnetization fluctuation dissipation parameter, is created in the central zone (7) surrounded by a peripheral zone (8). The different magnetic properties are created by irradiation or ion implantation.

Description

i L'invention concerne un procédé de réalisation d'une nanostructureThe invention relates to a method for producing a nanostructure

magnétique ayant des performances dynamiques de retournement d'aimantation améliorées, et la nanostructure obtenue par le procédé.  magnet having improved dynamic performance of magnetization reversal, and the nanostructure obtained by the method.

On connaît des nanostructures magnétiques réalisées par gravure, 5 par irradiation ionique (brevet FR 2 773 632), dépôt de métal sur une résine et dissolution sélective de la résine, dépôt sur substrat à texture modulée [" Magnetic Domain Confinement by Anisotropy Modulation ", S. P. Li, W. S. Lew, J. A. C. Bland, L. Lopez-Diaz, C. A. F. Vaz, M. Natali and Y. Chen, Phys. Rev. Lett. 88, 087202 (2002)], ou dépôt éléctrochimique dans des 10 trous, formées dans des couches magnétiques structurées déposées sur un support et ayant des épaisseurs de dimensions nanométriques. De telles nanostructures peuvent être utilisées pour des applications en hyperfréquence de matériaux magnétiques, pour les capteurs magnétiques et pour le stockage magnétique d'informations, par exemple sur des disques durs, 15 des disques magnéto-optiques et des mémoires M-RAM (Magnetic Random  Magnetic nanostructures produced by etching, by ion irradiation (patent FR 2 773 632), metal deposition on a resin and selective dissolution of the resin, deposition on a modulated texture substrate ["Magnetic Domain Confinement by Anisotropy Modulation", are known. SP Li, WS Lew, JAC Bland, L. Lopez-Diaz, CAF Vaz, M. Natali and Y. Chen, Phys. Rev. Lett. 88, 087202 (2002)], or electrochemical deposition in holes, formed in structured magnetic layers deposited on a support and having thicknesses of nanometric dimensions. Such nanostructures can be used for microwave applications of magnetic materials, for magnetic sensors and for the magnetic storage of information, for example on hard disks, magneto-optical disks and M-RAM memories (Magnetic Random

Access Memories).Access Memories).

Dans le cas des applications au stockage magnétique d'informations,  In the case of magnetic information storage applications,

les nanostructures sont réalisées de manière à présenter des zones magnétiques séparées disposées dans une structure ou réseau régulier et pouvant 20 constituer des points mémoires.  the nanostructures are made in such a way as to have separate magnetic zones arranged in a regular structure or network and capable of constituting memory points.

L'évolution des techniques de traitement de l'information nécessite que les surfaces de stockage telles que les disques durs présentent une très grande densité surfacique de stockage, les exigences concernant cette densité surfacique étant de plus en plus grandes et nécessitant une croissance 25 de l'ordre de 100 % par an. Pour pouvoir utiliser de telles surfaces de stockage d'informations à très forte densité surfacique, il est toutefois nécessaire de pouvoir traiter efficacement les flux de données, ce qui suppose de pouvoir mettre en oeuvre des fréquences de lecture et d'écriture sur les zones du disque qui sont très élevées et qui augmentent constamment en fonction 30 des densités surfaciques des disques. Ces fréquences sont, à l'heure actuelle, de l'ordre de 400 Mbits/s. Il est donc nécessaire de disposer de systèmes (capteurs de lecture, et milieu magnétique de stockage de  The evolution of information processing techniques requires that the storage surfaces such as hard disks have a very high storage density, the requirements for this areal density being more and more large and requiring a growth of 25%. order of 100% per year. In order to be able to use such very high surface density information storage surfaces, it is nevertheless necessary to be able to efficiently process the data streams, which supposes that it is possible to use read and write frequencies on the areas of the data. These discs are very high and constantly increase as a function of the surface densities of the discs. These frequencies are, at present, of the order of 400 Mbit / s. It is therefore necessary to have systems (reading sensors, and magnetic storage medium of

l'information) ayant une très grande rapidité de commutation de l'aimantation, c'est-à-dire susceptibles d'effectuer en un temps très court des variations significatives de leur aimantation. Les fréquences nécessaires approchent actuellement les limites physiques liées à la forme des structures utili5 sées et à leur type d'excitation ou d'actionnement.  information) having a very fast switching of the magnetization, that is to say, able to perform in a very short time significant variations in their magnetization. The necessary frequencies are now approaching the physical limits related to the shape of the structures used and their type of excitation or actuation.

En outre, pour faire face aux défis quant à l'obtention de fortes densités surfaciques de stockage de l'information, il est envisagé de changer de technologie de disque dur, et de passer à un milieu d'enregistrement dont l'aimantation est perpendiculaire au plan du disque. Pour un tel disque, il 10 faut réaliser un nouveau type de tête de lecture, et assister le retournement de l'aimantation du bit par la présence d'une sous-couche magnétique douce placée entre le substrat du disque et les nanostructures. La rapidité de commutation du tel système bit + sous-couche fortement couplée, sous l'impulsion d'une tête d'écriture d'un genre nouveau est controversée à ce 15 jour [voir par exemple "Simulation of the off-track capability of a one terabit per square inch recording system", Jin Zhen, N. Bertram, B. Wilson, R. Wood., IEEE Transactions on Magnetics. vol.38, no.2, pt.2; Mars 2002; p.1429-35.] . En outre, les fabricants de matériels d'enregistrement magnétique 20 cherchent à moyen terme à fabriquer des mémoires M-RAM complétant ou  In addition, to cope with the challenges of obtaining high surface densities of information storage, it is envisaged to change hard drive technology, and move to a recording medium whose magnetization is perpendicular to the plane of the disc. For such a disk, it is necessary to realize a new type of read head, and assist the reversal of the magnetization of the bit by the presence of a soft magnetic sub-layer placed between the disk substrate and the nanostructures. The speed of switching of such a strongly coupled bit + underlayer system under the impetus of a novel writing head is controversial to this day [see for example "Simulation of the off-track capability of "Jin Zhen, N. Bertram, B. Wilson, R. Wood., IEEE Transactions on Magnetics. vol.38, no.2, pt.2; March 2002; p.1429-35.]. In addition, the manufacturers of magnetic recording equipment 20 seek in the medium term to manufacture memories M-RAM supplementing or

concurrençant directement les mémoires RAM semi-conductrices.  directly competing semiconductor RAMs.

L'augmentation des fréquences de travail des mémoires M-RAM, avec de bonnes conditions de fiabilité, est donc un objectif des fabricants de mémoires auquel des perfectionnements dans la réalisation et l'excitation 25 des nanostructures magnétiques peuvent concourir, pour obtenir des propriétés dynamiques, en particulier de retournement de l'aimantation de ces  The increase of the working frequencies of the M-RAM memories, with good conditions of reliability, is therefore an objective of the memory manufacturers to which improvements in the realization and the excitation of the magnetic nanostructures can compete, to obtain dynamic properties. , in particular reversal of the magnetization of these

structures, qui soient nettement améliorées.  structures, which are significantly improved.

Dans un système magnétique tel qu'une nanostructure, selon l'équation de LANDAU-LIFSHITZ-GILBERT, la vitesse de retournement de l'ai30 mantation M dépend d'un champ magnétique extérieur, Hex, qui est le champ magnétique appliqué à la nanostructure, d'un champ d'anisotropie Haniso qui dépend de l'angle entre les axes cristallins de l'échantillon et son aimantation locale, d'un champ d'échange Héchange qui dépend des gradients locaux de l'aimantation et d'un champ démagnétisant Hdémagnétisant qui dépend principalement de la désorientation entre l'aimantation et la direction  In a magnetic system such as a nanostructure, according to the LANDAU-LIFSHITZ-GILBERT equation, the reversal speed of the mantle M depends on an external magnetic field, Hex, which is the magnetic field applied to the nanostructure , from a Haniso anisotropy field that depends on the angle between the crystalline axes of the sample and its local magnetization, a Hex exchange field that depends on the local gradients of the magnetization and a field demagnetizing demagnetizing which mainly depends on the disorientation between the magnetization and the direction

dans la plus grande des dimensions de la nanostructure magnétique.  in the largest dimension of the magnetic nanostructure.

Le retournement de l'aimantation dépend également d'un paramètre 5 ca, dit paramètre d'amortissement, qui traduit la dissipation des fluctuations  The reversal of the magnetization also depends on a parameter 5 AC, called damping parameter, which represents the dissipation of the fluctuations

d'aimantation dans la nanostructure.  of magnetization in the nanostructure.

Dans les dispositifs actuels utilisant des nanostructures dont les propriétés sont uniformes au sein de chaque nanostructure, le couple exercé pour provoquer le retournement de l'aimantation résulte d'un champ magné10 tique extérieur déclencheur qui est éventuellement amplifié par les champs  In current devices using nanostructures whose properties are uniform within each nanostructure, the torque exerted to cause the reversal of the magnetization results from a triggering external magnetic field which is possibly amplified by the fields.

d'anisotropie et démagnétisant qui accélèrent le processus dès que l'aimantation est sortie de la zone proche de l'axe facile d'aimantation de la structure.  of anisotropy and demagnetizing which accelerate the process as soon as the magnetization is out of the zone close to the axis of easy magnetization of the structure.

Dans les dispositifs actuels utilisant des nanostructures, des raisons 15 de stabilité et de reproductibilité du processus de retournement de l'aimantation imposent qu'on doit chercher à garder aussi uniforme que possible l'aimantation de la structure pendant le retournement. Dans ces conditions, la contribution du champ d'échange à la vitesse de retournement reste très faible. Du fait de la forme plate de la nanostructure couramment utilisée, 20 le temps de retournement est alors dominé par la contribution du champ démagnétisant qui apparaît dès que l'aimantation sort du plan de la nanostructure. Avec les paramètres physiques connus, il semble difficile de descendre en dessous de 100 ps de temps de retournement. Pour s'approcher de cette limite de temps, il faut utiliser un matériau ayant un paramètre de 25 dissipation faible (ca < 0,1). De plus, avec les tailles actuelles de mémoire, il est difficile d'obtenir un retournement cohérent de l'aimantation sans fluctuations postérieures au retournement, de sorte que le retour à l'équilibre des fluctuations ne peut se produire en un temps fini relativement court que si la dissipation est efficace (valeur optimale a égale à 1). Du fait de ces 30 conditions contradictoires, en ce qui concerne l'optimisation du paramètre de dissipation ax, le temps requis entre deux écritures successives, dans le cas d'une structure suivant l'art antérieur, est au mieux de quelques centaines de picosecondes.  In current devices using nanostructures, reasons for stability and reproducibility of the magnetization reversal process dictate that the magnetization of the structure should be kept as uniform as possible during rollover. Under these conditions, the contribution of the exchange field to the turning speed remains very low. Due to the flat shape of the nanostructure commonly used, the turnaround time is then dominated by the contribution of the demagnetizing field which appears as soon as the magnetization leaves the plane of the nanostructure. With the known physical parameters, it seems difficult to go below 100 ps of turnaround time. To approach this time limit, it is necessary to use a material having a low dissipation parameter (ca <0.1). Moreover, with the current memory sizes, it is difficult to obtain a consistent reversal of the magnetization without post-reversal fluctuations, so that the return to equilibrium of the fluctuations can not occur in a relatively short finite time. only if the dissipation is effective (optimal value equal to 1). Because of these conflicting conditions, as regards the optimization of the dissipation parameter ax, the time required between two successive writes, in the case of a structure according to the prior art, is at best a few hundred picoseconds. .

Le retournement de l'aimantation dans une zone ayant une aimantation uniforme nécessite donc un temps qui peut être excessif dans certaines applications envisagées, en particulier dans le cas du stockage magnétique d'informations. Ceci est encore plus critique dans les cas d'application à des 5 capteurs, qui doivent notamment être suffisamment rapides pour garantir un suivi en temps réel de toute variation d'aimantation.  The reversal of the magnetization in an area having a uniform magnetization therefore requires a time which may be excessive in certain applications envisaged, in particular in the case of the magnetic storage of information. This is even more critical in the case of application to sensors, which must especially be fast enough to ensure real-time monitoring of any variation in magnetization.

On a donc cherché à optimiser le temps de retournement des nanostructures magnétiques utilisées dans des capteurs et dans les mémoires de stockage d'informations, en jouant sur le champ extérieur appliqué à la na10 nostructure pour son retournement. Des travaux ont été menés sur la génération d'impulsions de champ magnétique ultracourtes, par des méthodes électroniques rapides ou des interrupteurs électro-optiques. Ces travaux ont notamment montré que, dans des nanostructures en alliage Permalloy, un champ magnétique antiparallèle à l'aimantation, s'il est trop faible ou trop 15 fort ne permet pas de retourner l'aimantation. Si le champ antiparallèle à  It has therefore been sought to optimize the reversal time of the magnetic nanostructures used in sensors and in the information storage memories, by acting on the external field applied to the nostructure for its reversal. Work has been carried out on the generation of ultrashort magnetic field pulses by fast electronic methods or electro-optical switches. In particular, these studies have shown that in Permalloy alloy nanostructures, a magnetic field that is antiparallel to magnetization, if it is too weak or too strong, does not allow the magnetization to be reversed. If the antiparallel field to

l'aimantation est trop fort, l'aimantation peut "rebondir", une énergie trop importante ayant été injectée par rapport aux capacités de dissipation instantanée de la structure magnétique.  the magnetization is too strong, the magnetization can "bounce", too much energy having been injected compared to the instantaneous dissipation capabilities of the magnetic structure.

On a donc proposé d'appliquer des séquences de champ magnétique 20 judicieusement choisies. En mettant en oeuvre, en plus d'un champ magnétique suivant un axe de facile aimantation de la nanostructure, un champ transverse, le temps de retournement peut être abaissé jusqu'à une nanoseconde, comme il est exposé dans le brevet US-6,163,477.  It has therefore been proposed to apply carefully chosen magnetic field sequences. By implementing, in addition to a magnetic field along an axis of easy magnetization of the nanostructure, a transverse field, the reversal time can be lowered to a nanosecond, as is disclosed in US-6,163,477.

Pour des nanostructures en alliage Permalloy, il a également été montré 25 [voir par exemple "Ultrafast precessional magnetization reversai by picosecond magnetic field pulse shaping", Th. Gerrits, H. A. M. Van Den Berg, J.  For Permalloy alloy nanostructures, it has also been shown [see for example "Ultrafast precessional magnetization reversal by picosecond magnetic field pulse shaping", Th. Gerrits, H.A.M. Van Den Berg, J.

Hohlfeld, L. Bâr & Th. Rasing, Nature, Vol 418 p. 6897, (2002)] que si le champ magnétique extérieur est appliqué perpendiculairement à l'axe de facile aimantation (champ transverse seul) et qu'il est suffisamment fort, le 30 temps minimal de retournement est la demi période de précession, c'est-àdire que ce temps diminue presque inversement proportionnellement au champ démagnétisant, et qu'on peut donc opérer des retournements en typiquement 140 ps.  Hohlfeld, L. Bâr & Th. Rasing, Nature, Vol 418 p. 6897, (2002)] that if the external magnetic field is applied perpendicularly to the axis of easy magnetization (transverse field only) and is sufficiently strong, the minimum reversal time is the half precession period, that is to say, this time decreases almost inversely with the demagnetizing field, and thus reversals can be performed in typically 140 ps.

On a montré d'autre part qu'un choix adéquat de la durée d'application du champ magnétique permet de minimiser de façon significative le temps de retour à l'équilibre après une excitation. Cette méthode est toutefois sensible à l'angle entre le champ appliqué et les axes propres du ten5 seur démagnétisant de la nanostructure, ainsi qu'à la dépendance temporelle du champ appliqué. Cette technique est donc difficile d'application, tant en ce qui concerne la réalisation des nanostructures que l'application du  It has been shown, on the other hand, that an adequate choice of the duration of application of the magnetic field makes it possible to significantly minimize the time of return to equilibrium after excitation. This method is, however, sensitive to the angle between the applied field and the proper axes of the demagnetizing voltage of the nanostructure, as well as the temporal dependence of the applied field. This technique is therefore difficult to apply, both as regards the production of nanostructures and the application of

champ d'excitation.field of excitation.

D'autre part, dans le cas des disques durs, on utilise des couches 10 magnétiques composées de grains dont les axes propres des tenseurs  On the other hand, in the case of hard disks, we use magnetic layers composed of grains whose axes tensors

d'énergie d'anisotropie magnéto-cristalline et d'énergie démagnétisante sont désorientés d'un grain à un autre. Les méthodes présentées ci-dessus perdent donc de leur pertinence pour les applications de type disque dur.  magneto-crystalline anisotropy energy and demagnetizing energy are disoriented from one grain to another. The methods presented above therefore lose their relevance for hard disk type applications.

On a également proposé, par exemple dans le brevet US-5,695,864, 15 d'utiliser de forts courants électriques polarisés en spin, soit pour commuter l'aimantation à eux seuls, soit comme moyens d'assistance. Les derniers modèles montrent que cette technique ne permet vraisemblablement pas de  It has also been proposed, for example in US Pat. No. 5,695,864, to use strong spin polarized electric currents, either to switch the magnetization alone or as a means of assistance. The latest models show that this technique probably does not allow

commuter l'aimantation en moins d'une nanoseconde.  switch the magnetization in less than a nanosecond.

L'injection de forts courants électriques a également été suggérée comme 20 moyen pour diminuer le temps de retour à l'équilibre des nanostructures.  Injection of strong electric currents has also been suggested as a means to decrease the equilibrium return time of the nanostructures.

Toutefois, ces techniques doivent mettre en oeuvre des nanopiliers magnéto-résistifs pour amener le courant à la nanostructure, la réalisation et le contrôle de dimensions de ces piliers magnéto-résistifs posant des problèmes difficiles à résoudre sur le plan technique.  However, these techniques must implement magneto-resistive nanopiles to bring the current to the nanostructure, the realization and dimensional control of these magneto-resistive pillars posing problems difficult to solve technically.

Aucune des techniques proposées actuellement et résumées cidessus ne permet donc de résoudre de manière optimale le problème du retournement de l'aimantation de nanostructures et de passer sous des  None of the techniques currently proposed and summarized above therefore make it possible to solve in an optimal way the problem of the reversal of the magnetization of nanostructures and to pass under

temps de retournement de nanostructure magnétique inférieurs à 100 ps.  Magnetic nanostructure reversal time less than 100 ps.

On connaît des procédés de structuration magnétique selon le FR30 2.773. 632, ou [" Magnetic Domain Confinement by Anisotropy Modulation ", S. P. Li, W. S. Lew, J. A. C. Bland, L. Lopez-Diaz, C. A. F. Vaz, M. Natali and Y. Chen, Phys. Rev. Lett. 88, 087202 (2002)] qui permettent de modifier localement les propriétés magnétiques d'un matériau, dans des zones d'une  Magnetic structuring methods according to FR30 2.773 are known. 632, or ["Magnetic Domain Confinement by Anisotropy Modulation", S. P. Li, W. S. Lew, J. A. C. Bland, L. Lopez-Diaz, C. A. F. Vaz, M. Natali and Y. Chen, Phys. Rev. Lett. 88, 087202 (2002)] which make it possible to modify locally the magnetic properties of a material, in zones of a

largeur de l'ordre du micromètre.width of the order of one micrometer.

Toutefois, de tels procédés n'ont jamais été mis en oeuvre pour réaliser des nanostructures présentant au moins une zone ayant des propriétés de retournement dynamique de l'aimantation fortement améliorées. Le but de l'invention est de proposer un procédé de réalisation d'un type générique de nanostructure magnétique ayant des performances dynamiques de retournement d'aimantation améliorées, consistant à induire des propriétés magnétiques différentes dans des parties adjacentes de la 10 nanostructure, de telle sorte que la susceptibilité de l'aimantation d'une zone de la nanostructure puisse être grande aussi aux hautes fréquences et que le retournement de cette aimantation puisse être obtenu en un temps très court, sensiblement inférieur au temps de retournement d'aimantation des  However, such methods have never been implemented to produce nanostructures having at least one zone having greatly improved dynamic magnetization reversal properties. The object of the invention is to propose a method for producing a generic type of magnetic nanostructure having improved dynamic performance of magnetization reversal, consisting in inducing different magnetic properties in adjacent parts of the nanostructure, such that so that the susceptibility of the magnetization of a zone of the nanostructure can be great also at the high frequencies and that the reversal of this magnetization can be obtained in a very short time, substantially less than the magnetization reversal time of the

structures magnétiques utilisées jusqu'ici dans le stockage d'informations.  magnetic structures used until now in the storage of information.

Dans ce but, on induit des propriétés magnétiques différentes dans  For this purpose, different magnetic properties are induced in

une zone centrale et dans une zone périphérique de la nanostructure en contact avec la zone centrale sur une partie substantielle du pourtour de la zone centrale, dans le but d'obtenir des performances dynamiques de retournement d'aimantation améliorées.  a central zone and in a peripheral zone of the nanostructure in contact with the central zone over a substantial part of the periphery of the central zone, with the aim of obtaining improved dynamic magnetization reversal performance.

De préférence, on crée une anisotropie magnétique de la nanostructure telle que l'axe de facile aimantation dans la zone centrale de la nanostructure présente une orientation sensiblement différente de l'axe de facile aimantation dans la zone périphérique. De cette manière, on crée un gradient d'aimantation au voisinage de la limite entre la zone centrale et la zone 25 périphérique qui est utilisée pour obtenir un champ magnétique d'échange  Preferably, a magnetic anisotropy of the nanostructure is created such that the axis of easy magnetization in the central zone of the nanostructure has a substantially different orientation from the axis of easy magnetization in the peripheral zone. In this way, a magnetization gradient is created in the vicinity of the boundary between the central zone and the peripheral zone which is used to obtain an exchange magnetic field.

important favorisant le retournement de l'aimantation.  important favoring the reversal of magnetization.

De préférence, le paramètre a qui traduit la dissipation du champ magnétique, dans l'équation de LANDAU-LIFSHITZ-GILBERT, est sensiblement plus grand dans la zone périphérique que dans la zone centrale de la 30 nanostructure.  Preferably, the parameter a which reflects the dissipation of the magnetic field, in the LANDAU-LIFSHITZ-GILBERT equation, is substantially greater in the peripheral zone than in the central zone of the nanostructure.

De préférence, on réalise au moins l'une d'une implantation et d'une irradiation ioniques dans la zone périphérique de la nanostructure, de manière qu'un paramètre traduisant la dissipation des fluctuations d'aimantation après une excitation pour le retournement d'aimantation soit supérieur dans  Preferably, at least one of an ion implantation and irradiation is carried out in the peripheral zone of the nanostructure, so that a parameter reflecting the dissipation of the magnetization fluctuations after an excitation for the reversal of magnetization is superior in

la zone périphérique, par rapport à la zone centrale de la nanostructure.  the peripheral zone, with respect to the central zone of the nanostructure.

L'invention est également relative à une nanostructure magnétique comportant des propriétés magnétiques différentes dans des zones adjacen5 tes, caractérisée par le fait qu'elle comporte une zone centrale et une zone périphérique en contact avec la zone centrale sur une partie substantielle du pourtour de la zone centrale, dans lesquelles les propriétés magnétiques de la nanostructure sont différentes, et qu'elle présente des performances dynamiques de retournement d'aimantation améliorées. 10 De préférence: - la nanostructure selon l'invention est telle que l'une au moins des  The invention also relates to a magnetic nanostructure having different magnetic properties in adjacent zones, characterized in that it comprises a central zone and a peripheral zone in contact with the central zone over a substantial part of the periphery of the zone. central zone, in which the magnetic properties of the nanostructure are different, and it has improved dynamic performance of magnetization reversal. Preferably: the nanostructure according to the invention is such that at least one of the

propriétés magnétiques suivantes: axe de facile aimantation, anisotropie magnéto-cristalline, champ d'échange, paramètre traduisant la dissipation d'ondes d'aimantation dans la nanostructure après une excitation est diffé15 rente dans la zone centrale et dans la zone périphérique de la nanostructure.  magnetic properties: axis of easy magnetization, magneto-crystalline anisotropy, field of exchange, parameter reflecting the dissipation of magnetization waves in the nanostructure after excitation is different in the central zone and in the peripheral zone of the nanostructure .

- la nanostructure est telle que la zone périphérique présente une anisotropie magnéto-cristalline, ou une forme allongée, ou toute forme lui donnant une anisotropie de forme, et est en contact avec la zone centrale, sur 20 une partie substantielle du pourtour de la zone centrale.  the nanostructure is such that the peripheral zone exhibits a magneto-crystalline anisotropy, or an elongated shape, or any form giving it an anisotropy of shape, and is in contact with the central zone, over a substantial part of the periphery of the zone; Central.

L'invention concerne également un procédé d'excitation pour produire le retournement de l'aimantation d'une zone au moins de la nanostructure, caractérisé par le fait qu'on exerce un champ magnétique extérieur de direction perpendiculaire à l'aimantation d'une zone centrale de la nanostructure, 25 suivant la direction de l'aimantation d'une zone périphérique entourant la  The invention also relates to an excitation method for producing the reversal of the magnetization of at least one zone of the nanostructure, characterized by the fact that an external magnetic field of direction perpendicular to the magnetization of a magnetic field is exerted. central zone of the nanostructure, 25 in the direction of the magnetization of a peripheral zone surrounding the

zone centrale et présentant des propriétés magnétiques différentes de celles de la zone centrale, de manière à obtenir un retournement d'aimantation de type processionnel, à partir du couple produit par le champ magnétique extérieur sur la zone centrale de la nanostructure amplifié par un champ 30 d'échange à la limite entre la zone centrale et la zone périphérique qui présentent des axes d'aimantation facile de directions différentes.  central zone and having magnetic properties different from those of the central zone, so as to obtain a processional-type magnetization reversal, from the torque produced by the external magnetic field on the central zone of the amplified nanostructure by a field 30 exchange at the boundary between the central zone and the peripheral zone which have easy magnetization axes of different directions.

De préférence, la zone centrale de la nanostructure présente un axe de facile aimantation perpendiculaire à l'axe de facile aimantation de la zone  Preferably, the central zone of the nanostructure has an axis of easy magnetization perpendicular to the axis of easy magnetization of the zone

périphérique et on exerce un champ magnétique suivant l'axe de facile aimantation de la zone périphérique.  peripheral and we exercise a magnetic field along the axis of easy magnetization of the peripheral zone.

De préférence, on fait circuler un courant électrique de la zone périphérique vers la zone centrale d'une nanostructure comportant une zone 5 centrale entourée par une zone périphérique ayant des propriétés magnétiques différentes de celles de la zone périphérique, dans une direction perpendiculaire à une paroi de séparation de la zone centrale et de la zone périphérique et on applique, simultanément, un champ magnétique extérieur à la nanostructure, de manière à produire un couple associé au courant élec10 trique qui s'ajoute ou se retranche au couple produit par le champ magnétique extérieur et produire, faciliter ou inhiber un retournement d'aimantation suivant le sens du courant électrique, par rapprochement ou éloignement  Preferably, an electric current is circulated from the peripheral zone to the central zone of a nanostructure comprising a central zone surrounded by a peripheral zone having magnetic properties different from those of the peripheral zone, in a direction perpendicular to a wall. separating the central zone and the peripheral zone and simultaneously applying a magnetic field outside the nanostructure, so as to produce a torque associated with the electric current which adds or retracts to the torque produced by the magnetic field outside and produce, facilitate or inhibit a reversal of magnetization in the direction of the electric current, by approximation or removal

des directions d'aimantation de la zone centrale et de la zone périphérique.  magnetization directions of the central zone and the peripheral zone.

L'invention est également relative à l'application des nanostructures 15 suivant l'invention à la réalisation de supports d'informations tels que des  The invention also relates to the application of the nanostructures according to the invention to the production of information carriers such as

mémoires de type M-RAM, des disques magnéto-optiques et des disques durs dont le support d'enregistrement est composé de nanostructures.  M-RAM type memories, magneto-optical disks and hard disks whose recording medium is composed of nanostructures.

L'invention est également relative à l'application des nanostructures suivant  The invention also relates to the application of the following nanostructures

l'invention à la réalisation de capteurs magnétiques rapides et sensibles.  the invention to the realization of magnetic sensors fast and sensitive.

L'invention est également relative, en particulier, à une mémoire magnétique sous la forme d'un disque dur comportant une couche magnétique mémoire constituée d'une pluralité de nanostructures suivant l'invention déposée directement sur un support du disque dur sans sous-couche magnétique douce, associé à une tête d'écriture pour assurer l'enregistrement sur le 25 disque dur.  The invention also relates, in particular, to a magnetic memory in the form of a hard disk comprising a memory magnetic layer consisting of a plurality of nanostructures according to the invention deposited directly on a support of the hard disk without underlayer soft magnetic, associated with a writing head to ensure recording on the hard disk.

Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire à titre d'exemples, en se référant aux figures jointes en annexe, plusieurs modes de réalisation de nanostructures suivant l'invention et différents modes d'obtention  In order to clearly understand the invention, reference will be made by way of examples, with reference to the appended figures, of several embodiments of nanostructures according to the invention and various methods of obtaining

d'un retournement magnétique dans la zone centrale de la nanostructure.  a magnetic reversal in the central zone of the nanostructure.

La figure 1 est une vue schématique en perspective d'un montage  FIG. 1 is a schematic perspective view of an assembly

pour la fabrication de nanostructures à gradient contrôlé de propriétés magnétiques, par irradiation.  for the fabrication of controlled gradient nanostructures of magnetic properties, by irradiation.

La figure 2 est une vue en coupe conventionnelle d'un matériau magnétique comportant des nanostructures à gradient contrôlé de propriétés  FIG. 2 is a conventional sectional view of a magnetic material comprising nanostructures with a controlled gradient of properties.

magnétiques obtenues par irradiation ou tout autre procédé équivalent.  magnetic resins obtained by irradiation or any other equivalent process.

Les figures 3A à 3F et 4A à 4F montrent, de manière conventionnelle, 5 des directions d'aimantation facile de zones adjacentes de nanostructures telles qu'on peut les obtenir par un procédé d'irradiation.  Figures 3A to 3F and 4A to 4F show, in a conventional manner, easy magnetization directions of adjacent areas of nanostructures as obtainable by an irradiation method.

Les figures 5A, 5B, 5C et 5D sont des vues conventionnelles d'une nanostructure suivant l'invention et suivant un premier mode de réalisation au cours de quatre étapes successives de retournement de l'aimantation 10 d'une zone centrale de la nanostructure, sous l'action d'un champ magnétique antiparallèle à l'aimantation de la zone centrale La figure 6 est un diagramme donnant les composantes du moment  FIGS. 5A, 5B, 5C and 5D are conventional views of a nanostructure according to the invention and according to a first embodiment during four successive reversal steps of the magnetization of a central zone of the nanostructure, under the action of a magnetic field antiparallel to the magnetization of the central area Figure 6 is a diagram giving the components of the moment

magnétique appliqué à une nanostructure selon l'invention et suivant un second mode de réalisation, en fonction du temps, lors du retournement de 15 l'aimantation sous l'effet d'un champ transversal.  Magnetic applied to a nanostructure according to the invention and according to a second embodiment, as a function of time, during the reversal of the magnetization under the effect of a transverse field.

Les figures 7A à 71 sont des vues conventionnelles d'une nanostructure suivant l'invention pendant différentes phases du retournement de l'aimantation sous l'effet d'un champ transversal perpendiculaire à l'axe de facile aimantation de la zone centrale de la nanostructure.  FIGS. 7A to 71 are conventional views of a nanostructure according to the invention during different phases of the reversal of the magnetization under the effect of a transverse field perpendicular to the axis of easy magnetization of the central zone of the nanostructure .

La figure 8 est une vue schématique montrant l'action d'un courant  Figure 8 is a schematic view showing the action of a current

électrique transversal sur le retournement de l'aimantation d'une nanostructure suivant l'invention.  transverse electric on the reversal of the magnetization of a nanostructure according to the invention.

Sur la figure 1, on a représenté, de manière schématique, une partie d'un support magnétique constitué d'un substrat 1, d'une couche 25 magnétique 2 dont l'épaisseur est de dimension nanométrique et, de deux couches non magnétiques 3a et 3b entre lesquelles est placée la couche en  FIG. 1 diagrammatically shows part of a magnetic support consisting of a substrate 1, a magnetic layer 2 whose thickness is of nanometric dimension and, of two non-magnetic layers 3a and 3b between which is placed the layer in

matériau magnétique 2.magnetic material 2.

La couche en matériau magnétique 2 peut être une multicouche ou une couche simple. En tout cas, elle est continue, et le procédé de nanos30 tructuration, par exemple par irradiation et implantation ioniques comme il  The layer of magnetic material 2 may be a multilayer or a single layer. In any case, it is continuous, and the process of nanostructuring, for example by irradiation and ion implantation as it

sera décrit par la suite permet de réaliser, dans cette couche de matériau magnétique 2, des nanostructures à gradient contrôlé de propriétés magnétiques.  will be described later allows to achieve, in this layer of magnetic material 2, controlled gradient nanostructures of magnetic properties.

Dans un premier temps, on recouvre la surface supérieure de la couche 3b disposée au-dessus de la couche en matériau magnétique 2 par un masque 4 en un matériau absorbant le rayonnement ionique utilisé pour  In a first step, the upper surface of the layer 3b disposed above the layer of magnetic material 2 is covered by a mask 4 made of an ion-absorbing material used to

modifier les propriétés magnétiques de la couche 2.  modify the magnetic properties of layer 2.

Le masque 4 permet de réaliser des nanostructures dans la couche  The mask 4 makes it possible to produce nanostructures in the layer

magnétique 2, et ce avec une résolution latérale meilleure que 30 nm.  Magnetic 2, with a lateral resolution better than 30 nm.

Pour la mise en oeuvre de l'invention, on réalise en particulier des irradiations permettant d'obtenir des propriétés magnétiques différentes dans une zone centrale dont les dimensions sont inférieures à 100 nm et dans 10 une zone périphérique de nanostructures.  For the implementation of the invention, irradiations are made in particular to obtain different magnetic properties in a central zone whose dimensions are smaller than 100 nm and in a peripheral zone of nanostructures.

Comme représenté par la flèche 5, on irradie ou on implante la surface supérieure de la structure magnétique partiellement recouverte par le masque 4 avec un faisceau d'ions 5 dont l'énergie et la nature des ions sont choisies de manière à assurer une irradiation et une implantation ioniques 15 dans certaines zones du matériau magnétique qui permettent d'obtenir les gradients de propriétés magnétiques (anisotropie magnétocristalline et paramètre de dissipation ax) voulus. Par la suite, on enlève le masque de façon  As represented by the arrow 5, the upper surface of the magnetic structure partially covered by the mask 4 is irradiated or implanted with an ion beam 5 whose energy and the nature of the ions are chosen so as to ensure irradiation and ion implantation in certain areas of the magnetic material which make it possible to obtain the magnetic property gradients (magnetocrystalline anisotropy and dissipation parameter ax) desired. Subsequently, we remove the mask so

à récupérer une surface plane (3b).  recovering a flat surface (3b).

Sur la figure 2, on a représenté en coupe la couche (ou la multicou20 che) magnétique 2 entre les couches 3a et 3b à l'issue de l'irradiation effectuée par le faisceau d'ions 5.  In FIG. 2, the magnetic layer (or multi-layer) 2 between the layers 3a and 3b is shown in section at the end of the irradiation carried out by the ion beam 5.

Les zones 2a qui ont subi l'irradiation et les zones 2b recouvertes par le masque qui n'ont pas subi l'irradiation, dans la couche 2, présentent des  Zones 2a which have undergone irradiation and zones 2b covered by the mask which have not undergone irradiation, in layer 2, have

propriétés magnétiques différentes.  different magnetic properties.

Par exemple, comme représenté sur les figures 3A à 3F, les axes d'aimantation facile dans les différentes zones adjacentes 2a et 2b de la couche de matériau magnétique irradiée 2 peuvent présenter des directions perpendiculaires entre elles qui sont elles-mêmes soit perpendiculaires soit  For example, as shown in FIGS. 3A to 3F, the axes of easy magnetization in the different adjacent zones 2a and 2b of the layer of irradiated magnetic material 2 may have directions perpendicular to each other which are themselves either perpendicular or

parallèles aux faces de la couche magnétique d'épaisseur nanométrique.  parallel to the faces of the magnetic layer of nanometric thickness.

Les directions de facile aimantation dans le plan de coupe sont représentées par des flèches et les directions d'aimantation perpendiculaires au plan de coupe sont représentées par des cercles dans lesquels est figuré un point ou une croix, suivant le sens de l'aimantation perpendiculaire au plan il  The directions of easy magnetization in the plane of section are represented by arrows and the directions of magnetization perpendicular to the plane of section are represented by circles in which is represented a point or a cross, according to the direction of the magnetization perpendicular to the plan he

de coupe. Les zones centrale et périphériques ont éventuellement des paramètres de dissipation a différents.  cutting. The central and peripheral zones may have different dissipation parameters.

Les conventions sont les mêmes dans le cas des figures 4A à 4F qui  The conventions are the same in the case of Figures 4A to 4F which

présentent les différentes configurations dans lesquelles les directions d'ai5 mantation facile sont antiparallèles entre elles dans les zones adjacentes 2a et 2b des nanostructures.  show the different configurations in which the easy manageability directions are antiparallel to each other in the adjacent zones 2a and 2b of the nanostructures.

On voit sur les figures 3A à 3F et 4A à 4F que de nombreuses configurations sont possibles avec des axes d'aimantation facile soit perpendiculaires entre eux dans les zones adjacentes, soit parallèles entre eux mais 10 avec des anisotropies magnétiques de valeurs différentes.  FIGS. 3A to 3F and 4A to 4F show that numerous configurations are possible with easy magnetization axes either perpendicular to each other in the adjacent zones, or parallel to each other but with magnetic anisotropies of different values.

De plus, pour la mise en oeuvre de l'invention, on peut envisager des orientations résultant de l'anisotropie magnétique entre les zones adjacentes des nanostructures suivant l'invention, faisant entre elles des angles quelconques, en ce qui concerne l'axe de facile aimantation des zones adja15 centes et en conséquence un gradient de direction d'aimantation quelconque, à la frontière entre les zones centrales et les zones périphériques  In addition, for the implementation of the invention, it is possible to envisage orientations resulting from the magnetic anisotropy between the adjacent zones of the nanostructures according to the invention, forming between them any angles, with respect to the axis of easy magnetization of the adjoining zones and consequently a gradient of any magnetization direction at the boundary between the central zones and the peripheral zones

des nanostructures.nanostructures.

De plus, les modifications de propriétés magnétiques des zones adjacentes de la couche magnétique dans laquelle on réalise les nanostructures 20 suivant l'invention sont réalisées de manière que le paramètre aE représentatif de la dissipation des fluctuations d'aimantation dans la nanostructure soit sensiblement différent dans les zones centrales et dans les zones périphériques des nanostructures.  In addition, the changes in the magnetic properties of the adjacent zones of the magnetic layer in which the nanostructures 20 are produced according to the invention are carried out in such a way that the parameter aE representative of the dissipation of the magnetization fluctuations in the nanostructure is substantially different in the central zones and in the peripheral zones of the nanostructures.

Généralement, on réalisera une implantation ionique en utilisant des 25 ions dont la nature (en fonction de la composition chimique de la couche magnétique) permet d'obtenir une dissipation beaucoup plus forte dans la  Generally, an ion implantation will be carried out using ions whose nature (depending on the chemical composition of the magnetic layer) makes it possible to obtain a much greater dissipation in the

zone périphérique que dans la zone centrale des nanostructures.  peripheral area only in the central zone of nanostructures.

Pour augmenter le paramètre de dissipation a, dans la zone périphérique d'une nanostructure, on doit implanter, dans cette zone, des ions 30 d'éléments ayant un fort couplage spin-orbite, comme par exemple l'or (Au) ,  To increase the dissipation parameter a, in the peripheral zone of a nanostructure, ions of elements having a strong spin-orbit coupling, such as gold (Au), must be implanted in this zone.

l'antimoine (Sb), le platine (Pt) ou des éléments des terres rares comme l'erbium (Er) ou le dysprosium (Dy), cette liste donnée à titre d'exemple n'étant pas limitative. L'implantation des ions doit se faire dans les couches magne-  antimony (Sb), platinum (Pt) or rare earth elements such as erbium (Er) or dysprosium (Dy), this list given by way of example is not limiting. Ion implantation should be done in the

tiques ou dans des couches métalliques non magnétiques éventuellement présentes entre lesquels les couches magnétiques sont prises en sandwich.  or in any non-magnetic metal layers between which the magnetic layers are sandwiched.

Sur les figures 5A, 5B, 5C et 5D, on a représenté, au cours de quatre phases successives du retournement de l'aimantation d'une zone centrale, 5 une nanostructure réalisée suivant l'invention comportant une zone périphérique ayant pour cet exemple, la forme d'une croix dont les bras sont perpendiculaires entre eux et une zone centrale de forme carrée qui est contenue entièrement dans une partie de la nanostructure située au croisement  FIGS. 5A, 5B, 5C and 5D show, in four successive phases of the reversal of the magnetization of a central zone, a nanostructure produced according to the invention comprising a peripheral zone having, for this example, the shape of a cross whose arms are perpendicular to each other and a central zone of square shape which is contained entirely in a part of the nanostructure located at the intersection

des bras de la croix.arms of the cross.

La nanostructure dans son ensemble est désignée par le repère 6, la  The nanostructure as a whole is designated by reference numeral 6, the

zone centrale par le repère 7 et la zone périphérique par le repère 8. La zone centrale 7 de la nanostructure 6 est un carré dont le côté mesure approximativement 85 nm et l'aimantation de cette zone centrale 7 est dirigée suivant un axe Z perpendiculaire au plan des figures 5A à 5D et orienté vers 15 l'avant des plans des figures 5A à 5D.  central zone 7 and the peripheral zone 8. The central zone 7 of the nanostructure 6 is a square whose side measures approximately 85 nm and the magnetization of this central zone 7 is directed along an axis Z perpendicular to the Fig. 5A to 5D and facing the front of the planes of Figs. 5A to 5D.

En tout point, le vecteur aimantation locale est symbolisé par une flèche donnant sa projection dans le plan (xy) de la nanostructure. La composante Mz suivant z de l'aimantation locale est symbolisée par un cercle ou une croix selon qu'elle est orientée vers l'arrière ou l'avant des plans des 20 figures 5 et 7, la taille de la croix ou du cercle étant proportionnelle à Mz.  In every point, the local magnetization vector is symbolized by an arrow giving its projection in the plane (xy) of the nanostructure. The following Mz component z of the local magnetization is symbolized by a circle or a cross depending on whether it is oriented towards the rear or the front of the planes of FIGS. 5 and 7, the size of the cross or circle being proportional to Mz.

L'aimantation de la zone centrale 7 est orientée selon Z. La zone périphérique 8, dans ses deux bras en croix, présente des directions d'aimantation (représentées par des flèches) dans le plan de la figure sensiblement dans la direction des bras de la croix, à l'exception de la 25 zone frontière entre la zone périphérique 8 et la zone centrale 7 dans laquelle on observe un gradient de la direction d'aimantation, entre la bissectrice X+Y dans le plan de la nanostructure d'une part, et d'autre part la  The magnetization of the central zone 7 is oriented along Z. The peripheral zone 8, in its two arms in cross, has magnetization directions (represented by arrows) in the plane of the figure substantially in the direction of the arms of the cross, with the exception of the boundary zone between the peripheral zone 8 and the central zone 7 in which a gradient of the magnetization direction is observed between the bisector X + Y in the plane of the nanostructure of a on the one hand, and on the other

direction Z perpendiculaire au plan de la nanostructure.  Z direction perpendicular to the plane of the nanostructure.

On peut réaliser le retournement de l'aimantation de la zone centrale 30 7 de la nanostructure 6 de deux façon différentes: une première façon en appliquant un champ antiparallèle à l'aimantation suivant l'axe (Oz), et une deuxième façon en appliquant un champ parallèle à l'aimantation de la zone périphérique au voisinage de la zone centrale, comme il sera décrit sur la  We can achieve the reversal of the magnetization of the central zone 7 of the nanostructure 6 in two different ways: a first way by applying an antiparallel field to the magnetization along the axis (Oz), and a second way by applying a field parallel to the magnetization of the peripheral zone in the vicinity of the central zone, as will be described on the

figure 7.figure 7.

Dans le premier cas, on réalise le retournement de l'aimantation de la zone centrale 7 de la nanostructure 6 à l'aide d'un champ de 1 kOe dirigé  In the first case, the magnetization of the central zone 7 of the nanostructure 6 is carried out by means of a field of 1 kOe directed

5 suivant l'axe Z, à l'opposé de la direction d'aimantation facile de la zone centrale.  5 along the Z axis, opposite the direction of easy magnetization of the central zone.

Sur la figure 5A, on a représenté l'état d'équilibre de la nanostructure  FIG. 5A shows the equilibrium state of the nanostructure

6 en l'absence de champ appliqué.6 in the absence of applied field.

Sur la figure 5B, on a représenté l'état de la zone centrale 7 et de la 10 zone périphérique 8 (aimantation représentée par les flèches) après une  FIG. 5B shows the state of the central zone 7 and of the peripheral zone 8 (magnetization represented by the arrows) after a

durée d'application du champ dans la direction de l'axe Z, dans la zone centrale, de 152 ps. On observe dans les angles de la zone centrale 7 un début de retournement de l'aimantation sous la forme des zones 9 dans lesquelles l'aimantation est retournée pour se trouver dans la direction du champ appli15 qué.  duration of application of the field in the direction of the Z axis, in the central zone, of 152 ps. In the corners of the central zone 7 there is a beginning of the magnetization reversal in the form of the zones 9 in which the magnetization is turned to lie in the direction of the applied field.

La partie centrale 7a de la zone centrale 7 est restée aimantée dans  The central portion 7a of the central zone 7 has remained magnetized in

le sens initial, cette zone centrale ayant une forme sensiblement circulaire.  the initial direction, this central zone having a substantially circular shape.

Sur la figure 5C, on a représenté l'état de la nanostructure après un  FIG. 5C shows the state of the nanostructure after a

temps d'application du champ dans la direction Z de 206 ps.  field application time in the Z direction of 206 ps.

Dans une partie importante de la zone centrale, à la périphérie de la zone, l'aimantation s'est retournée dans la direction de l'axe Z et dans le  In a large part of the central zone, on the periphery of the zone, the magnetization has turned in the direction of the Z axis and in the

sens opposé au sens initial de l'aimantation.  opposite direction to the original direction of the magnetization.

Il subsiste, au centre de la zone centrale, une zone 7'a dans laquelle  There remains in the center of the central zone, an area 7'a in which

l'aimantation n'a pas encore basculé.  the magnetization has not rocked yet.

Sur la figure 5D, on a représenté l'état de la nanostructure 6 après  FIG. 5D shows the state of the nanostructure 6 after

une application du champ d'une durée de 270 ps.  an application of the field with a duration of 270 ps.

La zone centrale est aimantée uniformément dans la direction du champ appliqué. Le surplus d'énergie sous forme d'une onde d'aimantation 10 s'évacue vers la zone périphérique o elle est d'autant plus rapidement 30 fortement atténuée qu'on a induit une valeur élevée du paramètre a, obtenue par implantation ionique dans la zone périphérique. Ce type de retournement o la zone périphérique est utilisée comme zone dissipative permet  The central zone is magnetized uniformly in the direction of the applied field. The excess of energy in the form of a magnetization wave 10 is evacuated towards the peripheral zone where it is all the more rapidly attenuated because a high value of the parameter a, obtained by ion implantation, has been induced. the peripheral area. This type of reversal o the peripheral zone is used as dissipative zone allows

un rapide retour à l'équilibre de l'aimantation dans la nanostructure.  a quick return to the equilibrium of the magnetization in the nanostructure.

Il est à remarquer que, dans le cas d'une nanostructure suivant l'invention telle que décrite ci-dessus, la zone centrale est totalement insérée dans la zone périphérique, ces zones étant réalisées dans une même couche continue de matériau magnétique.  It should be noted that, in the case of a nanostructure according to the invention as described above, the central zone is totally inserted into the peripheral zone, these zones being made in the same continuous layer of magnetic material.

Dans le cas de points réalisés dans une mémoire de stockage d'informations de type magnétique selon les techniques connues, les zones constituant les points mémoires sont des zones isolées ou insérée dans une zone non magnétique, et le retournement de l'aimantation de la nanostructure est réalisé par un champ magnétique externe Hext. Le champ extérieur qui est appliqué aux zones isolées de la mémoire  In the case of points made in a magnetic type information storage memory according to the known techniques, the zones constituting the memory points are isolated zones or inserted in a non-magnetic zone, and the reversal of the magnetization of the nanostructure is realized by an external magnetic field Hext. The outer field that is applied to isolated areas of memory

constituant les points mémoires, par exemple de 1 kOe peut être appliqué suivant l'axe OZ des zones isolées constituant l'équivalent des zones centrales de la nanostructure suivant l'invention.  constituting the memory points, for example 1 kOe can be applied along the axis OZ isolated areas constituting the equivalent of the central zones of the nanostructure according to the invention.

Dans le cas d'une zone isolée selon les techniques connues, le cou15 pIe initial de retournement de l'aimantation Hext x M est nul et le retournement est lent à démarrer (durée supérieure à 1 ns). Le retournement de l'aimantation est dans ce cas initié par une nucléation. Pour les tailles de nanostructure sensiblement supérieures aux longueurs d'échange et à la largeur d'une paroi de Bloch, on peut observer des singularités topologiques 20 (parois à 360 degrés) qui résultent du retournement et qui perturbent ensuite  In the case of an isolated zone according to the known techniques, the initial pitch of the magnetization Hext x M is zero and the reversal is slow to start (duration greater than 1 ns). The reversal of the magnetization is in this case initiated by a nucleation. For nanostructure sizes substantially greater than the exchange lengths and the width of a Bloch wall, one can observe topological singularities (360-degree walls) which result from the upturn and which then disturb

la reproductibilité de ce retournement de l'aimantation.  the reproducibility of this reversal of magnetization.

Au cours du retournement, des fluctuations d'aimantation se propagent dans la nanostructure et rebondissent sur ses bords; leur durée d'atténuation est de l'ordre de 1 ns, de sorte qu'on doit attendre ce temps supplé25 mentaire pour effectuer une opération ultérieure d'écriture sur le point mémoire.  During the reversal, magnetization fluctuations propagate in the nanostructure and bounce on its edges; their attenuation time is of the order of 1 ns, so that this additional time must be waited for to carry out a subsequent write operation on the memory point.

Dans le cas d'une nanostructure suivant l'invention telle que la nanostructure 6 qui a été décrite, la zone centrale n'est pas isolée mais insérée dans la zone périphérique 7 qui a subi une irradiation différente de manière 30 à présenter un axe de facile aimantation différent de l'axe de facile aimantation de la zone centrale. Le mode de retournement de l'aimantation dans cette configuration d'une nanostructure présentant une zone centrale et une zone périphérique non isolées l'une de l'autre présente des avantages qui  In the case of a nanostructure according to the invention such as the nanostructure 6 which has been described, the central zone is not isolated but inserted in the peripheral zone 7 which has undergone a different irradiation so as to present a easy magnetization different from the axis of easy magnetization of the central area. The mode of reversal of the magnetization in this configuration of a nanostructure having a central zone and a peripheral zone which are not isolated from each other has advantages which

seront exposés ci-dessous.will be exposed below.

Tout d'abord, le couple initial Hex x M est important à la frontière entre  First, the initial pair Hex x M is important at the boundary between

la zone périphérique et la zone centrale de la nanostructure o l'on observe 5 un gradient d'axe de facile aimantation. L'aimantation réagit donc immédiatement dès l'application du champ extérieur.  the peripheral zone and the central zone of the nanostructure where an easy magnetization axis gradient is observed. The magnetization therefore reacts immediately upon application of the external field.

Le retournement s'initie dans tous les cas à la périphérie de la nanostructure (voir figure 5B) sans que des singularités topologiques puissent être engendrées. En fin de retournement (figure 5D), l'onde d'aimantation s'évacue vers  The inversion is initiated in all cases at the periphery of the nanostructure (see Figure 5B) without topological singularities can be generated. At the end of the reversal (FIG. 5D), the magnetization wave is evacuated towards

la zone périphérique o la dissipation caractérisée par le paramètre a peut être artificiellement augmentée par implantation ionique, pour obtenir un retour plus rapide à l'équilibre.  the peripheral zone where the dissipation characterized by the parameter a can be artificially increased by ion implantation, to obtain a faster return to equilibrium.

Les nanostructures suivant l'invention telles qu'elles ont été décrites 15 en regard des figures 5A à 5D qui sont caractérisées en particulier par un  The nanostructures according to the invention as described with reference to FIGS. 5A to 5D which are characterized in particular by a

gradient d'axe de facile aimantation et par une modulation du paramètre local d'amortissement ax permettent d'augmenter de manière importante l'efficacité initiale du champ magnétique appliqué pour le retournement de l'aimantation, d'améliorer la reproductibilité du retournement et d'optimiser le 20 temps de retour à l'équilibre.  gradient of axis of easy magnetization and by a modulation of the local damping parameter ax make it possible to significantly increase the initial efficiency of the magnetic field applied for the reversal of the magnetization, to improve the reproducibility of the reversal and optimize the return time to equilibrium.

Toutefois, en utilisant des configurations telles que décrites et représentées aux figures 5A à 5D, le temps nécessaire au retournement de l'aimantation de la zone centrale des nanostructures ne peut être réduit endessous d'une limite imposée par la dynamique de paroi de la structure, 25 cette limite étant, de manière typique de 200 ps.  However, by using configurations as described and shown in FIGS. 5A to 5D, the time required for the reversal of the magnetization of the central zone of the nanostructures can not be reduced below a limit imposed by the wall dynamics of the structure. This limit being typically 200 ps.

De manière à diminuer sensiblement le temps de retournement de  In order to significantly reduce the turnaround time of

l'aimantation de nanostructures suivant l'invention, on a proposé un mode d'excitation des nanostructures correspondant aux figures 3A à 3F permettant d'obtenir un retournement de type "processionnel" c'est-à-dire un re30 tournement mettant en oeuvre le couple produit par un champ extérieur perpendiculaire à l'axe de facile aimantation de la zone centrale.  the magnetization of nanostructures according to the invention, it has been proposed a mode of excitation of the nanostructures corresponding to FIGS. 3A to 3F making it possible to obtain a reversal of the "processional" type, that is to say a reverberation using the torque produced by an external field perpendicular to the axis of easy magnetization of the central zone.

Dans le cas d'une nanostructure suivant l'invention telle que représentée, par exemple sur la figure 7A, la zone centrale 7 est entièrement en-  In the case of a nanostructure according to the invention as shown, for example in FIG. 7A, the central zone 7 is entirely

tourée par une zone périphérique 8, les propriétés magnétiques de la zone centrale et de la zone périphérique étant différentes, en particulier en ce qui concerne l'axe de facile aimantation. Les zones centrale 7 et périphérique 8 sont réalisées de manière continue, de sorte que la zone centrale 7 n'est 5 pas isolée, comme dans le cas de points mémoires de structures suivant  surrounded by a peripheral zone 8, the magnetic properties of the central zone and the peripheral zone being different, in particular as regards the axis of easy magnetization. The central zone 7 and the peripheral zone 8 are made continuously, so that the central zone 7 is not isolated, as in the case of memory points of following structures

l'art antérieur.the prior art.

Dans le cas d'une zone centrale isolée ayant une aimantation suivant l'axe OZ, si l'on veut retourner l'aimantation par précession autour d'un champ appliqué de 1 kOe perpendiculaire à OZ, il est nécessaire d'appliquer 10 un champ supérieur au champ d'anisotropie corrigé du champ démagnétisant, ce champ étant par exemple de l'ordre de 5 kOe, pour les matériaux tels qu'utilisés dans les exemples qui seront décrits par la suite. Ce champ nécessaire peut être encore plus grand (10 kOe) dans le cas d'applications  In the case of an insulated central zone having a magnetization along the axis OZ, if it is desired to return the magnetization by precession around an applied field of 1 kOe perpendicular to OZ, it is necessary to apply a field greater than the corrected anisotropy field of the demagnetizing field, this field being for example of the order of 5 kOe, for the materials as used in the examples which will be described later. This necessary field can be even larger (10 kOe) in the case of applications

de type disque dur.hard drive type.

Un but de l'invention est donc d'obtenir un retournement précessionnel pour des champs plus faibles permettant d'obtenir un gain en efficacité de la mémoire magnétique, en utilisant une zone centrale 7 couplée par interaction d'échange avec une zone périphérique 8 d'axe de facile aimantation différent. Comme il sera expliqué par la suite, on choisit un champ appliqué dans la zone périphérique 8 parallèle à l'axe de facile aimantation de la zone périphérique, de sorte que seule la zone centrale 7 est affectée par le champ magnétique extérieur et l'aimantation de la zone périphérique 8 reste constante. La nanostructure selon l'invention représentée sur la figure 7A, en l'absence de champ extérieur appliqué, comporte une zone centrale 7 sensiblement rectangulaire dont le côté mesure 64 nm et une zone périphérique 8 entourant complètement la zone centrale 7 de forme rectangulaire dont la  An object of the invention is therefore to obtain a precession reversal for weaker fields making it possible to obtain a gain in efficiency of the magnetic memory, by using a central zone 7 coupled by exchange interaction with a peripheral zone 8 of axis of easy different magnetization. As will be explained later, a field applied in the peripheral zone 8 is chosen parallel to the axis of easy magnetization of the peripheral zone, so that only the central zone 7 is affected by the external magnetic field and the magnetization. of the peripheral zone 8 remains constant. The nanostructure according to the invention shown in FIG. 7A, in the absence of an applied external field, comprises a substantially rectangular central zone 7 whose side measures 64 nm and a peripheral zone 8 completely surrounding the central zone 7 of rectangular shape whose

taille est 128 x 256 nm2 dans notre exemple.  size is 128 x 256 nm2 in our example.

La nanostructure a été obtenue par irradiation ionique, l'axe de facile aimantation de la zone centrale 7 étant dirigé suivant l'axe OZ perpendiculaire au plan de la figure et l'axe de facile aimantation de la zone périphérique, sensiblement dans la direction de l'axe OY, suivant laquelle la zone  The nanostructure was obtained by ion irradiation, the axis of easy magnetization of the central zone 7 being directed along the axis OZ perpendicular to the plane of the figure and the axis of easy magnetization of the peripheral zone, substantially in the direction of the axis OY, according to which the zone

périphérique 8 rectangulaire présente sa plus grande dimension. On applique un champ transversal de 1,5 kOe suivant l'axe OY.  Rectangular device 8 has its largest dimension. A transverse field of 1.5 kOe is applied along the axis OY.

Les différentes étapes du retournement de l'aimantation sont représentées sur les figures 7B à 7G.  The various stages of the reversal of the magnetization are shown in FIGS. 7B to 7G.

De plus, sur la figure 6, on a représenté sous la forme des courbes indexées a, b et c, les composantes Mx, My et Mz de l'aimantation moyenne de la nanostructure sous l'effet d'un champ transversal initié à t=0. Les courbes 11 représentent l'aimantation si le champ magnétique extérieur n'est jamais retiré. Sont représentées sous la forme des courbes 12a, 12b, 10 12c, les composantes du moment magnétique Mx, My, Mz, respectivement,  Moreover, in FIG. 6, the curves Mx, My and Mz of the mean magnetization of the nanostructure are represented in the form of the indexed curves a, b and c under the effect of a transverse field initiated at t = 0. The curves 11 represent the magnetization if the external magnetic field is never removed. The magnetic moment components Mx, My, Mz, respectively, are represented as curves 12a, 12b, 12c.

lors de la relaxation si l'impulsion de champ magnétique est arrêtée après t=131 ps et sous la forme des courbes 13a, 13b, 13c, respectivement, les composantes Mx, My, Mz du moment magnétique, lors de sa relaxation si l'impulsion de champ magnétique est arrêtée après une impulsion de 72 ps, 15 du champ appliqué de 1,5 kOe, suivant la direction OY du grand axe du rectangle constituant la zone périphérique 8.  during the relaxation if the magnetic field pulse is stopped after t = 131 ps and in the form of the curves 13a, 13b, 13c, respectively, the components Mx, My, Mz of the magnetic moment, during its relaxation if the Magnetic field pulse is stopped after a pulse of 72 ps, the applied field of 1.5 kOe, in the direction OY of the major axis of the rectangle constituting the peripheral zone 8.

La figure 7B représente l'état de la nanostructure après une durée de 12 ps d'application du champ magnétique transversal d'excitation, la figure  FIG. 7B shows the state of the nanostructure after a duration of 12 μs of application of the transverse excitation magnetic field, the FIG.

7C, après 42 ps, et la figure 7D, après 60 ps.  7C, after 42 μs, and Figure 7D, after 60 μs.

Les figures 7E, 7F et 7G représentent, respectivement, la nanostructure après des durées de 89 ps, 131 ps et lns à la suite de l'instant initial d'application d'une impulsion de champ magnétique transversal de 1,5 kOe.  Figures 7E, 7F and 7G show, respectively, the nanostructure after durations of 89 ps, 131 ps and lns following the initial moment of application of a transverse magnetic field pulse of 1.5 kOe.

La figure 7H représente la nanostructure après une durée d'application du champ suivant la direction OY de la nanostructure d'une durée de 25 131 ps suivie d'une relaxation de 174 ps, suffisante pour atteindre l'équilibre.  FIG. 7H shows the nanostructure after a duration of application of the field in the direction OY of the nanostructure of a duration of 131 ps followed by a relaxation of 174 ps, sufficient to reach equilibrium.

La figure 71 représente l'état de la structure après une application du champ transversal suivant la direction OY de 72 ps suivie d'une relaxation  Figure 71 shows the state of the structure after an application of the transversal field in the OY direction of 72 ps followed by a relaxation

de 300 ps, suffisante pour atteindre l'équilibre.  300 ps, enough to reach balance.

Comme il apparaît sur les figures 7B, 7C et 7D, et sur la figure 6, la 30 composante initiale de l'aimantation de la zone centrale 7 de la nanostructure suivant l'axe OZ disparaît totalement après une durée de l'ordre de 72 ps et, comme il est visible sur les figures 7E, 7F et 7G, le retournement total de l'aimantation se poursuit pour atteindre un état d'équilibre complet après  As it appears in FIGS. 7B, 7C and 7D, and in FIG. 6, the initial component of the magnetization of the central zone 7 of the nanostructure along the OZ axis completely disappears after a duration of the order of 72. ps and, as it is visible in FIGS. 7E, 7F and 7G, the total reversal of the magnetization continues to reach a state of complete equilibrium after

typiquement 300 ps.typically 300 ps.

Comme il est visible sur la figure 7H et sur la figure 71, une impulsion de champ appliqué d'une durée d'environ 72 ps est suffisante pour obtenir, 5 après relaxation, une structure en équilibre dont l'aimantation est totalement retournée, une application d'un champ magnétique de même amplitude mais  As can be seen in FIG. 7H and FIG. 71, an applied field pulse with a duration of about 72 μs is sufficient to obtain, after relaxation, an equilibrium structure whose magnetization is completely reversed. application of a magnetic field of the same amplitude but

plus long n'apportant pas d'avantage.  longer to bring no benefit.

Pour obtenir le retournement de l'aimantation de la nanostructure suivant l'invention, en utilisant un champ transversal dirigé suivant le plan de la 10 nanostructure, dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe facile d'aimantation de la zone centrale 7, il est nécessaire d'appliquer le champ transversal pendant une durée de seulement 72 ps (au lieu de 200 ps dans  To obtain the reversal of the magnetization of the nanostructure according to the invention, by using a transverse field directed along the plane of the nanostructure, in a direction substantially perpendicular to the easy axis of magnetization of the central zone 7, It is necessary to apply the transverse field for a duration of only 72 ps (instead of 200 ps in

le cas d'un champ appliqué suivant la direction - OZ de la zone centrale).  the case of a field applied along the direction - OZ of the central zone).

Le retournement de type processionnel est possible pour des champs 15 plus faibles que dans le cas de nanostructures isolées fabriquées selon l'état  Processional type reversal is possible for weaker fields than in the case of isolated nanostructures manufactured according to the state

de l'art, du fait que la zone centrale est couplée par interaction d'échange avec une zone périphérique dont l'axe de facile aimantation est différent. De préférence, le champ appliqué de direction transversale est parallèle à l'axe de facile aimantation de la zone périphérique, de sorte que la zone périphé20 rique n'est pas affectée par ce champ et garde une aimantation constante.  of the art, because the central zone is coupled by exchange interaction with a peripheral zone whose axis of easy magnetization is different. Preferably, the applied field of transverse direction is parallel to the axis of easy magnetization of the peripheral zone, so that the peripheral zone 20 is not affected by this field and keeps a constant magnetization.

Seule l'aimantation de la zone centrale est affectée et subit un retournement sous l'effet d'un couple moteur produit par le champ d'échange qui s'ajoute au champ appliqué. De plus, comme il est visible sur les figures 7H et 71, pour un champ appliqué judicieusement choisi (ici de 1,5 kOe), quel que soit 25 l'instant auquel on coupe le champ appliqué après au moins 72 ps, l'état  Only the magnetization of the central zone is affected and undergoes a reversal under the effect of a motor torque produced by the exchange field which is added to the applied field. Moreover, as can be seen in FIGS. 7H and 71, for a judiciously chosen applied field (here 1.5 kOe), regardless of when the applied field is cut after at least 72 ps, the state

vers lequel se relaxe la zone centrale 7 présente un axe d'aimantation antiparallèle par rapport à l'axe d'aimantation initial. Le procédé est donc pratiquement insensible aux fluctuations des différents paramètres entrant en jeu pour déclencher le retournement. On a montré que ces propriétés sont ob30 tenues dans un intervalle de champ appliqué défini en fonction de la nanostructure.  to which relaxes the central zone 7 has an antiparallel magnetization axis with respect to the initial magnetization axis. The method is therefore virtually insensitive to the fluctuations of the various parameters involved to trigger the reversal. These properties have been shown to be maintained within an applied field gap defined according to the nanostructure.

Un autre avantage du retournement processionnel appliqué à une nanostructure suivant l'invention est que le temps de retour à l'équilibre est très faible. Il ne s'écoule que 300 ps entre le début de l'impulsion de champ appliqué et le moment o l'on peut réutiliser le point mémoire de manière  Another advantage of the processional reversal applied to a nanostructure according to the invention is that the time of return to equilibrium is very low. There is only 300 ps between the start of the applied field pulse and the time when the memory point can be reused.

sre, pour une opération suivante de lecture ou d'écriture.  sre, for a next read or write operation.

En outre, comme indiqué plus haut, de manière globale, l'aimantation 5 de la zone périphérique ne change presque pas pendant le retournement d'aimantation sous l'effet d'un champ transversal. Les conditions aux limites de la zone centrale sont toujours identiques et il en résulte une excellente reproductibilité du mode de retournement de l'aimantation dans la zone centrale.  In addition, as indicated above, globally, the magnetization of the peripheral zone hardly changes during the magnetization reversal under the effect of a transverse field. The boundary conditions of the central zone are always identical and this results in an excellent reproducibility of the mode of reversal of the magnetization in the central zone.

Du fait que le retournement ne demande qu'une durée faible d'application du champ extérieur (par exemple 72 ps), le système est très économique en énergie.  Because the flipping requires only a short period of application of the external field (for example 72 ps), the system is very energy efficient.

L'invention qui consiste à moduler localement l'axe de facile aimantation dans une microstructure comportant une zone centrale et une zone pé15 riphérique d'un dispositif magnétique de stockage de l'information permet d'obtenir un retournement processionnel rapide de l'aimantation, cette rapidité résultant d'une forte interaction d'échange entre la zone centrale et la  The invention of locally modulating the axis of easy magnetization in a microstructure comprising a central zone and a peripheral zone of a magnetic information storage device makes it possible to obtain a rapid processional reversal of the magnetization. this speed resulting from a strong exchange interaction between the central zone and the

zone périphérique.peripheral area.

Le retournement précessionnel est d'autre part efficace du fait qu'il 20 consomme peu d'énergie et est intrinsèquement reproductible.  The precessional reversal is, on the other hand, efficient because it consumes little energy and is intrinsically reproducible.

Un retournement de type processionnel permet donc d'utiliser au  A processional type reversal therefore makes it possible to use at

mieux les capacités d'une nanostructure suivant l'invention.  better the capacities of a nanostructure according to the invention.

Dans le cas d'un disque dur composé de telles nanostructures, il est possible d'enregistrer sur un tel disque dur avec une tête d'écriture générant 25 un champ magnétique non perpendiculaire à la surface du disque, comme par exemple une tête de lecture identique à celles utilisées pour les disques durs actuels, c'est-à-dire des disques pour lesquels l'aimantation est orthoradiale dans le plan du disque. Il est toutefois nécessaire que la dite tête de lecture génère un champ magnétique dont le temps de montée est sensi30 blement inférieur au temps de retournement de la nanostructure. Notre  In the case of a hard disk composed of such nanostructures, it is possible to record on such a hard disk with a writing head generating a magnetic field not perpendicular to the surface of the disk, such as for example a read head identical to those used for current hard disks, that is to say disks for which the magnetization is orthoradial in the plane of the disk. It is however necessary for said read head to generate a magnetic field whose rise time is substantially lower than the reversal time of the nanostructure. Our

concept allège de plus les contraintes sur la fabrication des supports d'enregistrement à aimantation perpendiculaire, puisqu'il n'est plus nécessaire de fabriquer une sous-couche magnétique douce sous la couche ma-  This concept also reduces the constraints on the production of perpendicular magnetization recording media, since it is no longer necessary to manufacture a soft magnetic underlayer under the magnetic layer.

gnétique mémoire. Lorsqu'elles sont appliquées à la fabrication de mémoires magnétiques à accès aléatoire, les nanostructures suivant l'invention sont associées de manière que leurs zones centrales constituent un ensemble de points mémoires sur lesquels on effectue des opérations de lecture et d'écri5 ture, de manière sélective, grâce à un adressage.  memory gnetics. When applied to the manufacture of random access magnetic memories, the nanostructures according to the invention are associated so that their central zones constitute a set of memory points on which reading and writing operations are carried out. selectively, through addressing.

L'adressage des points mémoires formés par les zones centrales des  Addressing the memory points formed by the central zones of

nanostructures suivant l'invention peut être assisté par injection de courant électrique à travers la zone périphérique, vers la zone centrale de la nanostructure, comme il est représenté sur la figure 8.  Nanostructures according to the invention may be assisted by injecting electric current through the peripheral zone, towards the central zone of the nanostructure, as shown in FIG. 8.

On a représenté sur la figure 8, de manière conventionnelle, la zone centrale 7 de la nanostructure 1 dont l'axe de facile aimantation est perpendiculaire au plan de la figure 8 et dirigé vers l'avant. On a représenté sous la forme de rectangles une ligne conductrice 14 servant à produire le champ magnétique parallèle à l'aimantation de la zone 16' On a représenté de 15 même, sous la forme de rectangles 15a et 15b, les zones conductrices entourant la zone centrale 7 de la nanostructure, via lesquelles on injecte un courant électrique perpendiculaire à la frontière séparant la zone centrale de la zone périphérique. La ligne conductrice 14 est électriquement isolée des  FIG. 8 shows, in a conventional manner, the central zone 7 of the nanostructure 1 whose easy magnetization axis is perpendicular to the plane of FIG. 8 and directed towards the front. There is shown in the form of rectangles a conductive line 14 serving to produce the magnetic field parallel to the magnetization of the zone 16 '. In the form of rectangles 15a and 15b, the conductive zones surrounding the zone are shown in the same way. central 7 of the nanostructure, via which an electric current is injected perpendicular to the boundary separating the central zone from the peripheral zone. The conductive line 14 is electrically isolated from

zones 7, 15 et 16.zones 7, 15 and 16.

On a représenté sous la forme d'une flèche 16, dans une zone périphérique 16' adjacente à la zone centrale 7 de la nanostructure 1, un courant électrique se propageant dans le sens de la flèche 16, dans la zone périphérique 16' et dans une direction sensiblement perpendiculaire à une paroi de séparation de la zone centrale et de la zone périphérique de la nanos25 tructure. La flèche 16 est aussi l'aimantation de la zone périphérique. Pendant son transport, le courant électrique acquiert une polarisation de spin. Le couple généré par le courant électrique 16, suivant que le courant est dirigé dans un sens positif ou dans un sens négatif, favorise le rapprochement ou l'éloignement des directions des aimantations de la zone centrale et de la 30 zone périphérique dans un plan commun à ces deux aimantations. De ce fait, le couple produit par le courant électrique peut s'ajouter à ou se retrancher de l'effet du couple d'échange produit par une impulsion de champ magnétique extérieure généré par un courant dans la ligne conductrice 14, de sorte qu'on peut sélectionner, à l'aide du courant électrique 16 et du champ magnétique généré par le courant dans la ligne conductrice 14, l'élément de mémoire constitué par une zone centrale 7 d'une nanostructure dont on assure sélectivement le retournement, dans un réseau de points mémoi5 res.Quel que soit l'état initial l'aimantation de la nanostructure, le champ magnétique pourra toujours être appliqué dans la même direction. Chaque ligne 14 pourra donc être connectée à une alimentation électrique unipolaire, ce qui est plus simple que les alimentations bipolaires actuellement requises  In the form of an arrow 16, in a peripheral zone 16 'adjacent to the central zone 7 of the nanostructure 1, an electric current propagating in the direction of the arrow 16, in the peripheral zone 16' and in a direction substantially perpendicular to a partition wall of the central zone and the peripheral zone of the nanos25 tructure. The arrow 16 is also the magnetization of the peripheral zone. During its transport, the electric current acquires a spin polarization. The torque generated by the electric current 16, according to whether the current is directed in a positive direction or in a negative direction, promotes the approximation or removal of the directions of the magnetizations of the central zone and the peripheral zone in a common plane. to these two magnetizations. As a result, the torque produced by the electric current can be added to or withdraw from the effect of the exchange torque produced by an external magnetic field pulse generated by a current in the conductive line 14, so that it is possible to select, using the electric current 16 and the magnetic field generated by the current in the conductive line 14, the memory element constituted by a central zone 7 of a nanostructure which is selectively turned over, in a network of memory points. Whatever the initial state of the magnetization of the nanostructure, the magnetic field can always be applied in the same direction. Each line 14 can therefore be connected to a unipolar power supply, which is simpler than the bipolar power supplies currently required.

dans les applications MRAM selon l'état de l'art.  in MRAM applications according to the state of the art.

Le procédé selon l'invention de réalisation de nanostructures dont les propriétés magnétiques et en particulier l'axe de facile aimantation et le paramètre d'amortissement ac sont modifiées localement, par exemple par irradiation et implantation ioniques permet d'obtenir un retournement d'aimantation accéléré, soit en appliquant un champ magnétique suivant l'axe de facile 15 aimantation de la zone centrale de la nanostructure, soit en appliquant un  The method according to the invention for producing nanostructures whose magnetic properties and in particular the axis of easy magnetization and the damping parameter ac are modified locally, for example by irradiation and ion implantation, makes it possible to obtain a magnetization reversal. accelerated, either by applying a magnetic field along the axis of easy magnetization of the central zone of the nanostructure, or by applying a

champ transversal, c'est-à-dire suivant l'axe de facile aimantation de la périphérie pour obtenir un retournement de type processionnel.  transversal field, that is to say along the axis of easy magnetization of the periphery to obtain a processional type reversal.

Les caractéristiques de retournement ne dépendent pas de la forme exacte de la zone centrale de la nanostructure mais seulement de la taille de 20 la zone centrale. En outre, le retournement d'aimantation dépend peu de la durée précise du champ appliqué. La réalisation et l'excitation des nanostructures peuvent donc être obtenues de manière plus simple. En outre, lorsqu'on utilise un champ d'excitation transversal pour obtenir un retournement précessionnel, le retournement peut être obtenu en un temps de l'ordre 25 de 72 ps, c'est-à-dire un temps trois fois moindre que le temps requis pour le  The turning characteristics do not depend on the exact shape of the central zone of the nanostructure but only on the size of the central zone. In addition, the magnetization reversal depends little on the precise duration of the applied field. The realization and excitation of the nanostructures can therefore be obtained in a simpler way. In addition, when a transverse excitation field is used to obtain a precession reversal, the reversal can be obtained in a time of the order of 72 ps, that is to say a time three times less than the time required for

retournement par un champ appliqué anti-parallèle à l'axe de facile aimantation de la zone centrale de la nanostructure.  reversal by a field applied anti-parallel to the axis of easy magnetization of the central zone of the nanostructure.

Du fait que la forme exacte de la zone centrale de la nanostructure n'influe pas sur les conditions de retournement, la réalisation d'un réseau de 30 points mémoires constitués par des zones centrales de nanostructures suivant l'invention, par exemple par irradiation en utilisant un masque ou tout  Since the exact shape of the central zone of the nanostructure does not affect the turning conditions, the realization of an array of memory points consisting of central zones of nanostructures according to the invention, for example by irradiation with using a mask or any

autre procédé du type "lithographique", est considérablement simplifié.  Another process of the "lithographic" type is considerably simplified.

Les nanostructures suivant l'invention permettent également d'accélérer le retour à l'équilibre après un retournement d'aimantation, du fait qu'on peut réaliser une zone périphérique, en particulier par implantation ionique dont le paramètre d'amortissement cc est sensiblement supérieur à celui de 5 la zone centrale. Le retour à l'équilibre est également accéléré par couplage d'échange entre la zone périphérique et la zone centrale. Chaque zone présente des fonctions spécifiques grâce à un choix judicieux de ses propriétés magnétiques. Pour appliquer des courants électriques forts polarisés en spin, soit 10 pour commuter à eux seuls l'aimantation, soit comme moyens d'assistance à  The nanostructures according to the invention also make it possible to accelerate the return to equilibrium after a magnetization reversal, because a peripheral zone can be produced, in particular by ion implantation whose damping parameter cc is substantially greater. to that of the central zone. The return to equilibrium is also accelerated by exchange coupling between the peripheral zone and the central zone. Each zone has specific functions thanks to a judicious choice of its magnetic properties. To apply strong electric currents spin polarized, either 10 to switch alone the magnetization, or as means of assistance to

la commutation de l'aimantation dans des réseaux de points mémoires, on utilisait jusqu'ici des nanopiliers magnéto-résistifs pour réaliser l'injection de courant vers les points mémoires. De tels nanopiliers sont généralement réalisés par "lithographie", de sorte que leur section présente une surface au 15 moins égale à 12 o I est la résolution de la méthode lithographique de réalisation des nanopiliers.  the switching of the magnetization in memory point arrays, magneto-resistive nanopillars have been used until now to inject current into the memory points. Such nanopiliers are generally made by "lithography", so that their section has an area at least equal to 12 o I is the resolution of the lithographic method for producing nanopiliers.

Dans le cas des nanostructures suivant l'invention, la section conductrice pour amener le courant à la zone centrale de la nanostructure est définie, pour l'une de ses dimensions, à partir de la résolution d'une méthode 20 "lithographique", par exemple pour réaliser des bras d'une croix de largeur I (dans le cas d'une nanostructure telle que représentée sur les figures 5A à 5D) et d'autre part, pour sa seconde dimension, par l'épaisseur du dépôt magnétique (épaisseur E totale des couches déposées sur un substrat), dans lequel on réalise les nanostructures par irradiation. La résolution obte25 nue sur une épaisseur de dépôt de couche magnétique est bien meilleure que la résolution d'une méthode lithographique (E"l) de sorte que les densités de courant qu'on peut obtenir dans le cas des nanostructures suivant l'invention sont beaucoup plus fortes que dans le cas o l'on utilise des nanopiliers magnéto-résistifs. On obtient ainsi un gain substantiel en énergie. 30 En outre, la réalisation de zones périphériques autour des points mémoires ne diminue pas réellement la densité surfacique de la mémoire car les zones périphériques sont utilisées pour transporter les courants électriques d'adressage dans le cas des MRAM, et car des zones séparant les nanostructures sont nécessaires dans le cas d'application de type disque  In the case of the nanostructures according to the invention, the conducting section for bringing the current to the central zone of the nanostructure is defined, for one of its dimensions, from the resolution of a "lithographic" method, by example for making arms of a cross of width I (in the case of a nanostructure as shown in Figures 5A to 5D) and secondly, for its second dimension, by the thickness of the magnetic deposit (thickness E total layers deposited on a substrate), in which the nanostructures are produced by irradiation. The resolution obtained on a magnetic layer deposition thickness is much better than the resolution of a lithographic method (E "1) so that the current densities that can be obtained in the case of the nanostructures according to the invention are much greater than in the case where magneto-resistive nanopiliers are used, a substantial gain in energy is obtained Furthermore, the production of peripheral zones around the memory points does not really reduce the surface density of the memory because the peripheral zones are used to transport the electrical addressing currents in the case of the MRAMs, and because zones separating the nanostructures are necessary in the case of a disk-type application

durs à base de nanostructures.hard based nanostructures.

L'invention ne se limite pas strictement aux modes de réalisation qui  The invention is not limited strictly to the embodiments which

ont été décrits.have been described.

C'est ainsi qu'on peut envisager la fabrication de nanostructures dont la zone centrale et la zone périphérique présentent des formes différentes  It is thus possible to envisage the manufacture of nanostructures in which the central zone and the peripheral zone have different shapes

de celles qui ont été décrites.of those that have been described.

On pourra prévoir en particulier une zone périphérique entourant  In particular, a peripheral zone surrounding

complètement une zone centrale ayant une forme allongée et plus généra10 lement toute forme géométrique lui donnant une anisotropie de forme.  completely a central zone having an elongated shape and more generally any geometric shape giving it an anisotropy of form.

De préférence, la plus grande dimension de la zone centrale et inférieure à 100 nm, de façon à pleinement bénéficier du champ d'échange.  Preferably, the largest dimension of the central zone and less than 100 nm, so as to fully benefit from the exchange field.

Dans le cas des exemples décrits plus haut, la zone périphérique et la zone centrale ont une limite commune qui s'étend sensiblement suivant tout 15 le pourtour de la zone centrale. Cependant, pour la mise en oeuvre de l'invention, on peut concevoir des nanostructures dans lesquelles la zone périphérique et la zone centrale ne sont en contact que suivant une partie du pourtour de la zone centrale; dans ce cas, toutefois, le contact entre la zone périphérique et la zone centrale doit être réalisé sur une partie substantielle 20 du pourtour de la zone centrale, c'est-à-dire de 50 % à 100 % de la longueur  In the case of the examples described above, the peripheral zone and the central zone have a common boundary which extends substantially around the periphery of the central zone. However, for the implementation of the invention, it is possible to design nanostructures in which the peripheral zone and the central zone are in contact only along part of the periphery of the central zone; in this case, however, the contact between the peripheral zone and the central zone must be carried out over a substantial part of the periphery of the central zone, that is to say from 50% to 100% of the length

de ce pourtour.from this circumference.

Suivant l'utilisation des structures magnétiques incluant les nanostructures suivant l'invention, les matériaux utilisés pour réaliser les couches magnétiques dans lesquelles sont réalisées les nanostructures peuvent présen25 ter des compositions diverses.  According to the use of the magnetic structures including the nanostructures according to the invention, the materials used to produce the magnetic layers in which the nanostructures are made can have various compositions.

Ces couches magnétiques peuvent être constituées par exemple par des alliages ou des couches minces à forte anisotropie magnéto-cristalline telles que des couches en alliages fer-platine, fer-palladium ou cobaltplatine, ou des alliages plus isotropes déposés sur des zones antiferroma30 gnétiques tels que des alliages fer-manganèse, manganèseiridium ou manganèse-platine induisant par échange intercouche des axes de facile aimantation localement différents, ou encore des matériaux déposés sur des substrats dont l'état de surface a été artificiellement modulé de façon à induire  These magnetic layers may be constituted for example by alloys or thin layers with strong magnetocrystalline anisotropy such as layers of iron-platinum, iron-palladium or cobaltplatin alloys, or more isotropic alloys deposited on antiferromagnetic regions such as iron-manganese, manganeseiridium or manganese-platinum alloys inducing, by interlayer exchange, easily different axes of easy magnetization, or else materials deposited on substrates whose surface state has been artificially modulated so as to induce

des conditions de croissance différentes dans la zone centrale et la zone périphérique, et ainsi induire des directions faciles d'aimantation différentes.  different growth conditions in the central zone and the peripheral zone, and thus induce different easy directions of magnetization.

Les nanostructures suivant l'invention présentant une zone centrale et  The nanostructures according to the invention having a central zone and

une zone périphérique ayant des propriétés magnétiques différentes peu5 vent être obtenues par une méthode différente d'une irradiation et d'une implantation ioniques.  a peripheral zone with different magnetic properties can be obtained by a different method of ion irradiation and implantation.

Par exemple, une anisotropie magnétique variable peut être obtenue en déposant des couches magnétiques sur un substrat présentant des zones juxtaposées ayant des propriétés de surface différentes, de manière que 10 les couches magnétiques déposées sur les différentes zones du substrat  For example, a variable magnetic anisotropy can be obtained by depositing magnetic layers on a substrate having juxtaposed areas having different surface properties, so that the magnetic layers deposited on the different areas of the substrate

présentent des propriétés d'anisotropie magnétiques différentes.  exhibit different magnetic anisotropy properties.

Lorsqu'on utilise une méthode d'irradiation et d'implantation ioniques de couches magnétiques, les zones irradiées par le faisceau d'ions peuvent être les zones périphériques ou les zones centrales des nanostructures sui15 vant les propriétés recherchées. On peut également réaliser une irradiation et une implantation ioniques différentes des zones centrales et des zones périphériques. L'invention s'applique en particulier à la réalisation de supports pour  When using a method of irradiation and ion implantation of magnetic layers, the zones irradiated by the ion beam may be the peripheral zones or the central zones of the nanostructures according to the desired properties. It is also possible to perform ion irradiation and implantation different from the central zones and the peripheral zones. The invention applies in particular to the production of supports for

le stockage magnétique de l'information, tels que des disques durs, des dis20 ques magnéto-optiques et des mémoires M-RAM.  magnetic storage of information, such as hard disks, magneto-optical disqueques and M-RAM memories.

L'invention permet en particulier d'obtenir des disques durs sur lesquels on peut enregistrer des informations avec une tête d'écriture produisant un champ magnétique de direction sensiblement parallèle au plan du disque. Un tel disque est constitué d'une pluralité de nanostructures suivant 25 l'invention. Du fait du gain en énergie obtenu, lorsqu'on met en oeuvre des  The invention makes it possible in particular to obtain hard disks on which information can be recorded with a writing head producing a magnetic field of direction substantially parallel to the plane of the disk. Such a disk consists of a plurality of nanostructures according to the invention. Due to the energy gain obtained, when implementing

nanostructures suivant l'invention, la couche mémoire peut être déposée directement sur un support du disque dur, sans sous-couche intermédiaire magnétique douce, pour refermer les lignes de champ généré par la tête d'écriture, qui est habituellement nécessaire dans ce type de disque dur à 30 aimantation perpendiculaire au plan du disque dur.  nanostructures according to the invention, the memory layer can be deposited directly on a support of the hard disk, without soft magnetic intermediate sub-layer, to close the field lines generated by the writing head, which is usually necessary in this type of Hard disk magnetization perpendicular to the plane of the hard disk.

Claims (11)

REVENDICATIONS 1.- Procédé de réalisation d'une nanostructure magnétique (6)  1.- Method for producing a magnetic nanostructure (6) consistant à induire l'un au moins d'une anisotropie magnétocristalline, d'un axe de facile aimantation et d'un paramètre d'amortissement ayant des va5 leurs différentes dans des parties adjacentes de la nanostructure (6), caractérisé par le fait qu'on induit des propriétés magnétiques différentes dans une zone centrale (7) et dans une zone périphérique (8) de la nanostructure en contact avec la zone centrale (7) sur une partie substantielle du pourtour de la zone centrale (7), dans le but d'obtenir des performances dynamiques 10 de retournement d'aimantation améliorées.  comprising inducing at least one magnetocrystalline anisotropy, an easy magnetization axis and a damping parameter having different values in adjacent portions of the nanostructure (6), characterized in that different magnetic properties are induced in a central zone (7) and in a peripheral zone (8) of the nanostructure in contact with the central zone (7) on a substantial part of the periphery of the central zone (7), in the aim of obtaining improved dynamic magnetization reversal performance. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on induit une anisotropie magnétique de la nanostructure, de manière que l'axe de facile aimantation de la zone centrale (7) ait une orientation différente de  2. A process according to claim 1, characterized in that induces a magnetic anisotropy of the nanostructure, so that the axis of easy magnetization of the central zone (7) has a different orientation of l'axe de facile aimantation de la zone périphérique (8).  the axis of easy magnetization of the peripheral zone (8). 3.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé par le fait qu'on  3. Process according to claim 2, characterized in that réalise au moins l'une d'une implantation et d'une irradiation ioniques dans la zone périphérique (8) de la nanostructure (1), de manière qu'un paramètre (a) traduisant la dissipation des fluctuations d'aimantation après une excitation pour le retournement d'aimantation soit supérieur dans la zone périphé20 rique (8), par rapport à la zone centrale (7) de la nanostructure (1).  performs at least one of an ion implantation and irradiation in the peripheral zone (8) of the nanostructure (1), so that a parameter (a) reflecting the dissipation of the magnetization fluctuations after an excitation for the magnetization reversal is greater in the peripheral zone (8), relative to the central zone (7) of the nanostructure (1). 4.- Nanostructure magnétique comportant des propriétés magnétiques différentes dans des zones adjacentes (7, 8), caractérisée par le fait qu'elle comporte une zone centrale (7) et une zone périphérique (8) en contact avec la zone centrale, sur une partie substantielle du pourtour de la 25 zone centrale (7) dans lesquelles les propriétés magnétiques de la nanostructure (1) sont différentes, et qu'elle présente des performances dynamiques de retournement d'aimantation améliorées.  4. Magnetic nanostructure having different magnetic properties in adjacent zones (7, 8), characterized in that it comprises a central zone (7) and a peripheral zone (8) in contact with the central zone, on a substantial part of the periphery of the central zone (7) in which the magnetic properties of the nanostructure (1) are different, and it has improved dynamic performance of magnetization reversal. 5.- Nanostructure suivant la revendication 4, caractérisée par le fait que l'une au moins des propriétés magnétiques suivantes: axe de facile ai30 mantation, anisotropie magnéto-cristalline, champ d'échange, paramètre (a) traduisant la dissipation d'ondes d'aimantation dans la nanostructure (6) après une excitation, est différente dans la zone centrale (7) et dans la zone  5. Nanostructure according to claim 4, characterized in that at least one of the following magnetic properties: easy axis of mantation, magneto-crystalline anisotropy, exchange field, parameter (a) reflecting the dissipation of waves magnetization in the nanostructure (6) after excitation, is different in the central zone (7) and in the zone périphérique (8) de la nanostructure (1).  peripheral (8) of the nanostructure (1). 6.- Nanostructure suivant l'une quelconque des revendications 4 et 5,  6. Nanostructure according to any one of claims 4 and 5, caractérisée par le fait que la zone périphérique (8) présente une anisotropie magnéto-cristalline, ou une forme allongée, ou toute forme lui donnant une anisotropie de forme, et est en contact avec la zone centrale (7), sur une partie substantielle de son pourtour.  characterized in that the peripheral zone (8) has a magneto-crystalline anisotropy, or an elongate form, or any form giving it an anisotropy of shape, and is in contact with the central zone (7), on a substantial part of its circumference. 7.- Procédé d'excitation d'une nanostructure magnétique (6) pour produire le retournement de l'aimantation d'une zone au moins de la nanostructure (6) caractérisé par le fait qu'on exerce un champ magnétique extérieur de direction perpendiculaire à l'aimantation d'une zone centrale (7) de 10 la nanostructure (6), suivant la direction de l'aimantation d'une zone périphérique (8) en contact avec la zone centrale (7) sur une partie substantielle de son pourtour et présentant des propriétés magnétiques différentes de celles de la zone centrale, de manière à obtenir un retournement d'aimantation de type processionnel, à partir du couple produit par le champ magnétique ex15 térieur sur la zone centrale (7) de la nanostructure (6) amplifié par un champ d'échange à la limite entre la zone centrale (7) et la zone périphérique (8)7. A method for exciting a magnetic nanostructure (6) to produce the reversal of the magnetization of at least one zone of the nanostructure (6) characterized by the fact that an external magnetic field of perpendicular direction is exerted at the magnetization of a central zone (7) of the nanostructure (6), in the direction of the magnetization of a peripheral zone (8) in contact with the central zone (7) over a substantial part of its circumference and having magnetic properties different from those of the central zone, so as to obtain a processional-type magnetization reversal, from the torque produced by the external magnetic field on the central zone (7) of the nanostructure (6). ) amplified by an exchange field at the boundary between the central zone (7) and the peripheral zone (8) qui présentent des axes d'aimantation facile de directions différentes.  which have easy magnetization axes of different directions. 8.- Procédé d'excitation suivant la revendication 7, caractérisé par le  8. The excitation method according to claim 7, characterized by fait que la zone centrale (7) de la nanostructure (1) présente un axe de facile 20 aimantation perpendiculaire à l'axe de facile aimantation de la zone périphérique (8) et qu'on exerce un champ magnétique suivant l'axe de facile aimantation de la zone périphérique (8).  in that the central zone (7) of the nanostructure (1) has an axis of easy magnetization perpendicular to the axis of easy magnetization of the peripheral zone (8) and that a magnetic field is exerted along the axis of easy magnetization of the peripheral zone (8). 9.- Procédé d'excitation suivant l'une quelconque des revendications  9. An excitation method according to any one of the claims 7 et 8, caractérisé par le fait qu'on fait circuler un courant électrique de la 25 zone périphérique (8) vers la zone centrale (7) d'une nanostructure (6) comportant une zone centrale (7) entourée par une zone périphérique (8) ayant des propriétés magnétiques différentes de celles de la zone périphérique (8), dans une direction perpendiculaire à une paroi de séparation de la zone centrale (7) et de la zone périphérique (8) et qu'on applique, simultanément, 30 un champ magnétique extérieur à la nanostructure (6), de manière à produire un couple associé au courant électrique qui s'ajoute ou se retranche au couple produit par le champ magnétique extérieur et produire, faciliter ou inhiber un retournement d'aimantation suivant le sens du courant électrique, par rapprochement ou éloignement des directions d'aimantation de la zone  7 and 8, characterized in that an electric current is circulated from the peripheral zone (8) to the central zone (7) of a nanostructure (6) comprising a central zone (7) surrounded by a peripheral zone (8) having magnetic properties different from those of the peripheral zone (8), in a direction perpendicular to a separation wall of the central zone (7) and the peripheral zone (8) and which is applied, simultaneously, A magnetic field outside the nanostructure (6), so as to produce a torque associated with the electric current which adds or retracts to the torque produced by the external magnetic field and to produce, facilitate or inhibit a magnetization reversal according to the sense of the electric current, by bringing the magnetization directions of the zone closer or further centrale (7) et de la zone périphérique (8).  central (7) and the peripheral zone (8). 10.- Mémoire magnétique comprenant une pluralité de nanostructures  10. Magnetic memory comprising a plurality of nanostructures (1) selon l'une quelconque des revendications 4 à 6 et constituant l'un des 5 dispositifs suivants de stockage d'informations: disque dur, disque magnétooptique, mémoire M-RAM.  (1) according to any one of claims 4 to 6 and constituting one of the following 5 information storage devices: hard disk, magnetooptical disk, memory M-RAM. 11.- Mémoire magnétique selon la revendication 10, sous la forme  11. Magnetic memory according to claim 10, in the form d'un disque dur comportant une couche magnétique mémoire constituée d'une pluralité de nanostructures suivant l'une quelconque des revendica10 tions 4 à 6, déposée directement sur un support du disque dur sans souscouche magnétique douce, associé à une tête d'écriture pour assurer l'enregistrement sur le disque dur.  a hard disk having a magnetic memory layer consisting of a plurality of nanostructures according to any one of claims 4 to 6, deposited directly on a hard disk medium without soft magnetic sub-layer, associated with a writing head for ensure the recording on the hard disk.
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