Les jonctions tunnel magnétiques (MTJ) à l'échelle nanométrique sont des candidats prometteurs pour les mémoires non volatiles, les capteurs magnétiques ainsi que pour les applications de radiofréquence et de calcul non conventionnel. Le transfert du moment angulaire du spin, à partir d'un courant injecté polarisé en spin, peut entraîner trois types de réponses dans ces MTJ : (i) des oscillations amorties via un courant rf, (ii) des auto-oscillations à grand angle via un courant continu, et (iii) une commutation entre deux états stables via un courant continu. Les deux premières excitations sont intéressantes pour les applications dans les réseaux de capteurs sans fil (WSN) à faible puissance ainsi que pour le développement de matériel à faible puissance pour le calcul non conventionnels. La commutation de magnétisation, par contre, est exploitée pour les mémoires non-volatiles où chaque état code un '0' ou un '1'. Dans cette thèse, nous étudions le premier typede réponse pour la détection de signaux RF pour les nœuds de capteurs sans fil à faible puissance, ainsi que le troisième type de réponse pour la génération de nombres aléatoires. Les deux études utilisent les mêmes jonctions tunnel magnétiques qui sont caractérisées par une forte anisotropie magnétique perpendiculaire interfaciale (iPMA) de la couche libre et de la couche fixée. Ces jonctions tunnel magnétiques perpendiculaires (pMTJ) sont actuellement considérées par les partenaires industriels comme la configuration MTJ la plus prometteuse pour les applications de mémoire magnétique, car elles peuvent être fabriquées dans des dimensions très réduites (jusqu'à 20 nm de diamètre). L'intérêt pour nos études ici est que leurs champs internes sont facilement accordables par la variation de la forme du dispositif, car le rapport entre l'énergie d'anisotropie due à l'IPMA et l'énergie de démagnétisation dépend de manière sensible de l'épaisseur et du diamètre de la couche magnétique. De légères variations de l'épaisseur de la couche libre (de l'ordre de 0,2 nm) peuvent entraîner un changement radical de l'orientation de l'aimantation. Pour les dispositifs utilisés ici, l'épaisseur de la couche libre est varié de t=1.4nm à 1.8nm. La première partie de la thèse est une analyse détaillée de la détection du signal rf, pour optimiser le signal de tension continue de sortie, en fonction de l'épaisseur de la couche magnétique, du diamètre de la couche magnétique ainsi qu'en fonction de l'orientation du champ magnétique appliqué et de l'absence ou de la présence de courants continus (passif vs actif). On constate que, premièrement, le signal de détection rf passif de ces pMTJs augmente plus l'iPMA compense l'énergie de démagnétisation. Cela peut être obtenu par une réduction du diamètre du dispositif, ce qui améliore en outre l'efficacité du STT et réduit l'effet d'une résistance série qui sera présente pour les MTJ co-intégrés avec le CMOS. Deuxièmement, dans la détection active, on constate que la bande de fréquence de détection peut être accordée sur plusieurs GHz par un courant continu. Cet accord est attribué au chauffage par effet Joule et ouvre des perspectives pour la détection de fréquences à large bande. La deuxième partie de la thèse démontre qu'un courant continu polarisé en spin peut amener ces pMTJs dans un état superparamétique. De tels flux binaires seront intéressants pour la génération de nombres aléatoires et pour les calculs non conventionnels basés sur de tels générateurs de nombres aléatoires. Le fonctionnement à champ nul facilitera la co-intégration de ces pMTJs avec le CMOS. Les deux parties de la thèse sont accompagnées d'une étude approfondie des boucles de magnétorésistance statique en fonction de l'angle du champ appliqué, du courant continu et de la température ainsi que de la modélisation des résultats basée sur la résolution de l'équation de Landau-Lifshitz-Gilbert.

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