Concept and developpement of a spintronic magnetometer : application to magneto-inertial navigation and spin-orbit-torques measurement.

Concept et développement d'un magnétomètre spintronique : application à la navigation magnéto-inertielle et à la mesure des couples de transfert de spin

Augustin Jouy (1)

1 Laboratoire Albert Fert (ex-UMPhy Unité mixte de physique CNRS/Thales)

In this work, we present the conception and the performances of AMR and GMR-based sensors for navigation applications In order to obtain the best sensitivity and linearity at zero field, the design include barberpoles and a Wheatstone bridge for the first and takes advantage of the different anisotropies and coupling for the other. The sensor are fabricated by magnetron sputtering and photolithography and their performances in terms of sensitivity, linearity and noise are compared. The concept of gradiometers used for magneto-inertial navigation is based on the utilisation of magnetoresistances placed at each extremity of the sensor connected by a wheatstone bridge whose output is proportional to the gradient of the magnetic field. Flux concentrators designed to amplify the incoming field in order to improve the sensitivity are fabricated and tested on the sensors. A flux concentrator designed to amplify a magnetic gradient is proposed as an improvement of the gradiometers. Innovant solutions for low consumption anisotropy switching and offset compensation are being experimented using spin Hall effect and spin transfer torque with adjacent Pt and AuW layers. In that regard a spin torque measurement device: the spin-torque-bridge, is designed and used to study the spin hall effect and the spin transfer couplings in different multi layers.

Dans cette thèse, nous présentons la conception et les performances de capteurs magnétiques basés sur les technologies AMR et GMR en vue d'une utilisation dans la navigation. Afin d'obtenir une sensibilité et une linéarité optimales à champ nul, le design des capteurs utilise des barberpoles et un pont de wheatstone pour l'un et prend avantage des différentes anisotropies et couplages pour l'autre. Les capteurs sont fabriqués par pulvérisations cathodiques et photolithographies et leurs performances en terme de sensibilité, de linéarité et de bruit sont testées et comparées. La conception de gradiomètres nécessaires à la navigation magnéto-inertielle repose sur l'utilisation de magnétorésistances placées aux extrémités du capteur reliées par un pont de WheatStone dont la sortie est proportionnelle au gradient du champ magnétique. Des concentrateurs de Flux destinés à amplifier le champ afin d'améliorer la sensibilité sont conçus et testés sur les capteurs. Un concentrateur de flux destiné à amplifier un champ ayant la forme du gradient est proposé comme amélioration des gradiomètres. Des solutions innovantes pour le swithching d'anisotropie et la compensation d'offset utilisant l'effet Hall de spin et le couplage spin-transfer sont étudiées. Dans cette optique, un dispositif de mesure du couplage spin-transfer appelé spin-torque-bridge est conçu et utilisé pour étudier l'effet Hall de spin et le spin transfer dans différentes multi-couches.

Mots clés: Magnetometer; Gradiometer; Amr; Gmr; Navigation; Spin-Orbit-Torque

Mots clés: Magnétometres; Gradiomètre; Amr; Gmr; Navigation; Spin-Orbit-Torque

Domaines: Science des matériaux [cond-mat.mtrl-sci]

Augustin Jouy. Concept et développement d'un magnétomètre spintronique : application à la navigation magnéto-inertielle et à la mesure des couples de transfert de spin. Science des matériaux [cond-mat.mtrl-sci]. Université Paris Saclay (COmUE), 2018. Français. ⟨NNT : 2018SACLX074⟩. ⟨tel-02064053⟩