Alors que notre monde se modernise plus rapidement que jamais, il existe un besoin toujours croissant d’électronique et d’ordinateurs meilleurs et plus rapides. La spintronique est un nouveau système qui utilise le spin d’un électron, en plus de l’état de charge, pour coder les données, ce qui rend l’ensemble du système plus rapide et plus efficace. Des nanofils ferromagnétiques à haute coercivité (résistance aux changements d’aimantation) sont nécessaires pour réaliser le potentiel de la spintronique. En particulier les nanofils de cobalt-platine (CoPt) ordonnés L10 (un type de structure cristalline).
Les processus de fabrication conventionnels pour les nanofils ordonnés L10 impliquent un traitement thermique pour améliorer les propriétés physiques et chimiques du matériau, un processus appelé recuit sur le substrat cristallin ; le transfert d’un motif sur le substrat par lithographie ; et enfin l’élimination chimique des couches par un processus appelé gravure.
L’élimination du processus de gravure en fabriquant directement des nanofils sur le substrat de silicium conduirait à une nette amélioration de la fabrication des dispositifs spintroniques. Cependant, lorsque des nanofils directement fabriqués sont soumis à un recuit, ils ont tendance à se transformer en gouttelettes sous l’effet des contraintes internes au fil.
Récemment, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Yutaka Majima du Tokyo Institute of Technology a trouvé une solution au problème. L’équipe a signalé un nouveau procédé de fabrication pour fabriquer des nanofils de CoPt ordonnés L10 sur des substrats de silicium/dioxyde de silicium (Si/SiO2).
Parlant de leurs recherches, publiées dans Progrès à l’échelle nanométrique, Selon le professeur Majima, « notre méthode d’ordonnancement induite par la nanostructure permet la fabrication directe de nanofils CoPt ultrafins ordonnés L10 avec les largeurs étroites de l’échelle de 30 nm requises pour la spintronique. Cette méthode de fabrication pourrait en outre être appliquée à d’autres matériaux ferromagnétiques ordonnés L10 tels que sous forme de composés fer-platine et fer-palladium.
Dans cette étude, les chercheurs ont d’abord recouvert un substrat Si/SiO2 d’un matériau appelé « réserve » et l’ont soumis à une lithographie par faisceau d’électrons et à une évaporation pour créer un pochoir pour les nanofils. Puis on dépose ensuite une multicouche de CoPt sur le substrat. Les échantillons déposés ont ensuite été « décollés », laissant derrière eux des nanofils de CoPt. Ces nanofils ont ensuite été soumis à un recuit à haute température. Les chercheurs ont également examiné les nanofils fabriqués à l’aide de plusieurs techniques de caractérisation.
Ils ont découvert que les nanofils prenaient l’ordre L10 pendant le processus de recuit. Cette transformation a été induite par l’interdiffusion atomique, la diffusion de surface et une contrainte interne extrêmement importante aux rayons de courbure ultrapetits à l’échelle de 10 nm des nanofils. Ils ont également découvert que les nanofils présentaient une grande coercivité de 10 kiloOersteds (kOe).
Selon le professeur Majima, « les contraintes internes sur la nanostructure induisent ici l’ordre L10. Il s’agit d’un mécanisme différent de celui des études précédentes. Nous espérons que cette découverte ouvrira un nouveau domaine de recherche appelé » matériaux induits par la nanostructure « . sciences et ingénierie.' »
Plus d’information:
Ryo Toyama et al, Ordre L10 induit par la nanostructure de monocristaux jumelés dans des nanofils ferromagnétiques CoPt, Progrès à l’échelle nanométrique (2022). DOI : 10.1039/D2NA00626J