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00:00:00,810 --> 00:00:04,595
Bonjour, Je me présente, je suis Albert Fert,
2
00:00:04,595 --> 00:00:11,300
je suis physicien, physicien des propriétés électroniques
et magnétiques de la matière condensée,
3
00:00:11,300 --> 00:00:16,750
essentiellement physicien expérimentateur. Je
travaille dans un laboratoire de recherches
4
00:00:16,750 --> 00:00:21,999
qui est commun au CNRS, à la compagnie Thalès
et à l'Université Paris-Sud. Université
5
00:00:21,999 --> 00:00:25,159
Paris-Sud où je suis professeur.
6
00:00:25,184 --> 00:00:27,787
Donc, ma recherche est essentiellement
7
00:00:27,812 --> 00:00:31,798
une recherche de nanophysique fondamentale,
8
00:00:31,823 --> 00:00:34,442
mais il se trouve que certains de mes résultats
9
00:00:34,467 --> 00:00:37,693
ont conduit à des applications que nous utilisons aujourd'hui,
10
00:00:37,718 --> 00:00:41,033
par exemple la découverte du phénomène appelé
11
00:00:41,058 --> 00:00:46,545
magnétorésistance géante est utilisée
aujourd'hui dans les disques durs
12
00:00:46,570 --> 00:00:51,378
de nos ordinateurs et a conduit à une forte
augmentation de la capacité de ces disques.
13
00:00:51,403 --> 00:00:53,399
Et ce que je vais décrire aujourd'hui,
14
00:00:53,424 --> 00:00:58,434
c'est comment on va de la recherche fondamentale aux applications,
15
00:00:58,459 --> 00:01:00,313
comment ça marche,
16
00:01:00,338 --> 00:01:03,541
et je vais prendre un certain nombre d'exemples
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00:01:03,566 --> 00:01:07,982
pour montrer le chemin qui va de la nanophysique fondamentale
18
00:01:08,007 --> 00:01:11,319
à diverses applications dans les technologies
19
00:01:11,344 --> 00:01:13,870
de l'information et de la communication.
20
00:01:13,895 --> 00:01:17,116
Et ce n'est pas un chemin en ligne droite,
21
00:01:17,141 --> 00:01:20,951
un résultat important en physique pure
22
00:01:20,976 --> 00:01:24,179
ouvre de nouvelles fenêtres, de nouvelles perspectives.
23
00:01:24,179 --> 00:01:29,113
Le physicien peut alors imaginer d'autres phénomènes,
24
00:01:29,138 --> 00:01:31,047
ça ouvre de nouvelles pistes
25
00:01:31,072 --> 00:01:33,268
et c'est en explorant ces nouvelles pistes
26
00:01:33,293 --> 00:01:36,500
qu'on peut arriver à des possibilités d'innovation.
27
00:01:37,286 --> 00:01:39,977
Au départ, on ne sait pas quelle innovation
28
00:01:40,002 --> 00:01:44,029
va déboucher à la fin de telle piste.
29
00:01:44,054 --> 00:01:51,744
Il est banal de dire par exemple que l'éclairage électrique
30
00:01:51,769 --> 00:01:53,834
n'est pas venu d'une recherche
31
00:01:53,859 --> 00:01:58,102
sur l'amélioration de la technologie des bougies.
32
00:01:58,127 --> 00:02:00,754
Le premier exemple que je vais prendre,
33
00:02:00,779 --> 00:02:06,737
c'est décrire comment des résultats de recherche pure
34
00:02:06,762 --> 00:02:09,497
sur la conduction électrique dans les métaux magnétiques,
35
00:02:09,522 --> 00:02:11,150
métaux comme le fer,
36
00:02:11,175 --> 00:02:14,634
a conduit finalement à la très grande quantité d'information
37
00:02:14,659 --> 00:02:18,851
qui est aujourd'hui stockée dans les disques durs de nos ordinateurs,
38
00:02:18,851 --> 00:02:23,179
grâce au phénomène de magnétorésistance géante,
39
00:02:23,204 --> 00:02:25,909
Giant MagnetoResistance ou GMR en anglais.
40
00:02:25,934 --> 00:02:29,036
Donc le dessin que vous voyez représente un disque dur,
41
00:02:29,061 --> 00:02:31,938
un disque recouvert d'un film magnétique
42
00:02:31,963 --> 00:02:36,501
sur lequel les inscriptions magnétiques sont gravées,
43
00:02:36,526 --> 00:02:38,161
sur cette piste circulaire,
44
00:02:38,186 --> 00:02:40,495
et la lecture de ces inscriptions
45
00:02:40,520 --> 00:02:43,154
se fait grâce à la tête de lecture,
46
00:02:43,179 --> 00:02:45,849
qui peut se déplacer à la surface du disque.
47
00:02:45,849 --> 00:02:48,547
Pour donner plus de détails,
48
00:02:48,572 --> 00:02:51,735
sur le prochain dessin,
49
00:02:51,760 --> 00:02:53,917
vous voyez que les inscriptions magnétiques
50
00:02:53,942 --> 00:02:55,981
ce sont ces petites parties du disque
51
00:02:56,006 --> 00:02:58,425
où l'aimantation est dirigée vers le haut et vers le bas,
52
00:02:58,450 --> 00:03:00,547
ce qu'on appelle des bits magnétiques.
53
00:03:00,572 --> 00:03:02,911
Et la difficulté est,
54
00:03:02,936 --> 00:03:07,585
si on veut avoir une très forte densité de l'information
55
00:03:07,610 --> 00:03:10,016
il faut avoir des bits extrêmement petits,
56
00:03:10,041 --> 00:03:12,863
et la difficulté est alors de détecter
57
00:03:12,888 --> 00:03:14,244
les tout petits champs magnétiques,
58
00:03:14,269 --> 00:03:16,482
les champs magnétiques très localisés
59
00:03:16,507 --> 00:03:18,776
générés par ces bits magnétiques.
60
00:03:18,801 --> 00:03:21,125
Et dans les disques durs d'aujourd'hui,
61
00:03:21,150 --> 00:03:26,221
cela est réalisé en utilisant le phénomène de GMR,
62
00:03:26,246 --> 00:03:27,798
de giant magnetoresistance,
63
00:03:27,823 --> 00:03:32,190
dans des multicouches magnétiques qu'on appelle capteurs GMR.
64
00:03:32,190 --> 00:03:35,146
Alors, quel est ce phénomène de magnétorésistance géante
65
00:03:35,171 --> 00:03:36,955
de multicouches magnétiques ?
66
00:03:36,955 --> 00:03:38,284
Une multicouche magnétique
67
00:03:38,309 --> 00:03:41,445
est un empilement de couches extrêmement minces,
68
00:03:41,470 --> 00:03:43,359
quelques couches atomiques seulement,
69
00:03:43,384 --> 00:03:46,436
de métaux non magnétiques comme le cuivre
70
00:03:46,461 --> 00:03:48,904
et de métaux magnétiques comme le fer.
71
00:03:51,619 --> 00:03:53,927
le courant passe dans ces films
72
00:03:53,952 --> 00:03:55,397
le long des couches magnétiques,
73
00:03:55,422 --> 00:03:57,635
et la propriété de GMR
74
00:03:57,660 --> 00:04:00,982
est que si les aimantations sont orientées
75
00:04:01,007 --> 00:04:02,706
dans des directions opposées,
76
00:04:02,731 --> 00:04:04,962
la résistance électrique est très élevée,
77
00:04:04,987 --> 00:04:06,956
le courant passe difficilement.
78
00:04:06,981 --> 00:04:09,745
Au contraire si le petit champ magnétique
79
00:04:09,770 --> 00:04:12,259
créé par les bits magnétiques
80
00:04:12,284 --> 00:04:16,040
oriente les aimantations dans la même direction,
81
00:04:16,065 --> 00:04:18,421
la résistance électrique chute,
82
00:04:18,446 --> 00:04:20,080
le courant peut passer
83
00:04:20,105 --> 00:04:23,088
et le bits magnétique peut être détecté.
84
00:04:25,024 --> 00:04:27,969
L'origine de cette magnétorésistance géante
85
00:04:27,994 --> 00:04:30,326
c'est les propriétés de conduction électrique
86
00:04:30,351 --> 00:04:32,217
dans les métaux ferromagnétiques.
87
00:04:32,242 --> 00:04:35,437
Le magnétisme d'un métal comme le fer
88
00:04:35,462 --> 00:04:37,572
est porté par le spin des électrons.
89
00:04:37,597 --> 00:04:41,779
Les électrons ont une charge et un petit aimant,
90
00:04:41,804 --> 00:04:43,667
qui s'appelle le spin.
91
00:04:46,137 --> 00:04:47,121
Dans un métal magnétique,
92
00:04:47,146 --> 00:04:49,785
vous avez un nombre différent d'électrons
93
00:04:49,810 --> 00:04:52,931
dont les spins sont dirigés vers le haut et vers le bas,
94
00:04:52,956 --> 00:04:55,265
vers le pôle plus et le pôle moins,
95
00:04:55,290 --> 00:04:58,620
on parle d'électrons de spin majoritaire, ou spin up,
96
00:04:58,645 --> 00:05:01,906
et d'électrons de spin minoritaire, ou spin down.
97
00:05:01,931 --> 00:05:10,959
Et ceci peut se décrire par un décalage des bandes d'énergie
98
00:05:10,984 --> 00:05:12,267
des états électroniques
99
00:05:12,292 --> 00:05:15,070
pour les électrons de spin up et spin down.
100
00:05:15,070 --> 00:05:17,574
Ce qui en résulte également,
101
00:05:17,599 --> 00:05:21,042
ce sont une conduction très différente
102
00:05:21,067 --> 00:05:24,058
par les électrons de spin up et spin down,
103
00:05:24,083 --> 00:05:26,943
conduction par deux canaux parallèles,
104
00:05:26,968 --> 00:05:29,560
comme vous le voyez à gauche de l'écran,
105
00:05:29,585 --> 00:05:34,235
et le contraste entre la conductivité de ces deux canaux
106
00:05:34,260 --> 00:05:35,518
peut être très grand,
107
00:05:35,543 --> 00:05:38,149
en particulier quand on dope le métal
108
00:05:38,174 --> 00:05:40,419
avec des impuretés sélectionnées.
109
00:05:40,419 --> 00:05:44,234
Vous voyez par exemple sur le graphique de droite
110
00:05:44,259 --> 00:05:48,669
la résistivité des deux canaux, spin up et spin down,
111
00:05:48,694 --> 00:05:52,223
quand on met 1% d'impuretés de titane, vanadium,
112
00:05:52,248 --> 00:05:55,320
chrome, jusqu'au cobalt, dans le nickel.
113
00:05:55,345 --> 00:05:58,747
Vous voyez par exemple que si je mets des impuretés de cobalt,
114
00:05:58,772 --> 00:06:02,168
la résistivité est 20 fois plus élevée
115
00:06:02,193 --> 00:06:04,549
pour le canal de spin down.
116
00:06:04,574 --> 00:06:07,065
Au fond, la conduction est pratiquement bloquée
117
00:06:07,090 --> 00:06:08,379
dans le canal de spin down,
118
00:06:08,404 --> 00:06:12,260
mais le courant continue de passer par le canal de spin up.
119
00:06:12,285 --> 00:06:14,953
Au contraire, si je mets des impuretés de chrome,
120
00:06:14,978 --> 00:06:20,387
on a ce pic de résistance pour le canal de spin up,
121
00:06:20,412 --> 00:06:22,649
la conduction est bloquée dans ce canal,
122
00:06:22,674 --> 00:06:25,099
et elle continue de passer par l'autre canal.
123
00:06:25,099 --> 00:06:26,797
Ce sont des choses que l'on explique
124
00:06:26,822 --> 00:06:29,036
par des calculs de structure électronique,
125
00:06:29,061 --> 00:06:31,787
des calculs utilisant l'équation de Schrödinger,
126
00:06:31,812 --> 00:06:33,170
de mécanique quantique,
127
00:06:33,195 --> 00:06:36,105
par exemple le pic est dû à l'existence
128
00:06:36,130 --> 00:06:38,290
de ce qu'on appelle une diffusion résonante
129
00:06:38,315 --> 00:06:43,669
sur le niveau électronique de l'atome d'impureté de chrome.
130
00:06:45,174 --> 00:06:47,222
Ces résultats ne sont pas nouveaux,
131
00:06:47,247 --> 00:06:50,963
ce sont des résultats de ma thèse en 1970
132
00:06:50,988 --> 00:06:55,119
et à cette époque-là j'avais même, dans des expériences,
133
00:06:55,144 --> 00:06:56,948
nous avions des expériences
134
00:06:56,973 --> 00:07:00,831
qui anticipaient un peu le mécanisme de la magnétorésistance géante.
135
00:07:00,856 --> 00:07:06,103
Ces expériences, où on mettait à la fois par exemple
136
00:07:06,128 --> 00:07:09,600
des impuretés de cobalt et de chrome dans le même nickel,
137
00:07:09,625 --> 00:07:13,369
ce qui veut dire qu'on bloquait le courant dans les deux canaux,
138
00:07:13,394 --> 00:07:18,180
et la résistance électrique mesurée était très élevée.
139
00:07:18,205 --> 00:07:20,767
Au contraire si j'associais dans le nickel
140
00:07:20,792 --> 00:07:22,672
des impuretés de fer et de cobalt,
141
00:07:22,697 --> 00:07:25,720
eh bien on avait un blocage très élevé du courant
142
00:07:25,745 --> 00:07:27,144
dans le canal de spin down
143
00:07:27,169 --> 00:07:29,898
mais il continuait à passer par le canal de spin up
144
00:07:29,923 --> 00:07:33,240
et la résistivité était beaucoup plus faible.
12122
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