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Bonjour, Je me présente, je suis Albert Fert,

je suis physicien, physicien des propriétés électroniques et magnétiques de la matière condensée,

essentiellement physicien expérimentateur. Je travaille dans un laboratoire de recherches

qui est commun au CNRS, à la compagnie Thalès et à l'Université Paris-Sud. Université

Paris-Sud où je suis professeur.

Donc, ma recherche est essentiellement

une recherche de nanophysique fondamentale,

mais il se trouve que certains de mes résultats

ont conduit à des applications que nous utilisons aujourd'hui,

par exemple la découverte du phénomène appelé

magnétorésistance géante est utilisée aujourd'hui dans les disques durs

de nos ordinateurs et a conduit à une forte augmentation de la capacité de ces disques.

Et ce que je vais décrire aujourd'hui,

c'est comment on va de la recherche fondamentale aux applications,

comment ça marche,

et je vais prendre un certain nombre d'exemples

pour montrer le chemin qui va de la nanophysique fondamentale

à diverses applications dans les technologies

de l'information et de la communication.

Et ce n'est pas un chemin en ligne droite,

un résultat important en physique pure

ouvre de nouvelles fenêtres, de nouvelles perspectives.

Le physicien peut alors imaginer d'autres phénomènes,

ça ouvre de nouvelles pistes

et c'est en explorant ces nouvelles pistes

qu'on peut arriver à des possibilités d'innovation.

Au départ, on ne sait pas quelle innovation

va déboucher à la fin de telle piste.

Il est banal de dire par exemple que l'éclairage électrique

n'est pas venu d'une recherche

sur l'amélioration de la technologie des bougies.

Le premier exemple que je vais prendre,

c'est décrire comment des résultats de recherche pure

sur la conduction électrique dans les métaux magnétiques,

métaux comme le fer,

a conduit finalement à la très grande quantité d'information

qui est aujourd'hui stockée dans les disques durs de nos ordinateurs,

grâce au phénomène de magnétorésistance géante,

Giant MagnetoResistance ou GMR en anglais.

Donc le dessin que vous voyez représente un disque dur,

un disque recouvert d'un film magnétique

sur lequel les inscriptions magnétiques sont gravées,

sur cette piste circulaire,

et la lecture de ces inscriptions

se fait grâce à la tête de lecture,

qui peut se déplacer à la surface du disque.

Pour donner plus de détails,

sur le prochain dessin,

vous voyez que les inscriptions magnétiques

ce sont ces petites parties du disque

où l'aimantation est dirigée vers le haut et vers le bas,

ce qu'on appelle des bits magnétiques.

Et la difficulté est,

si on veut avoir une très forte densité de l'information

il faut avoir des bits extrêmement petits,

et la difficulté est alors de détecter

les tout petits champs magnétiques,

les champs magnétiques très localisés

générés par ces bits magnétiques.

Et dans les disques durs d'aujourd'hui,

cela est réalisé en utilisant le phénomène de GMR,

de giant magnetoresistance,

dans des multicouches magnétiques qu'on appelle capteurs GMR.

Alors, quel est ce phénomène de magnétorésistance géante

de multicouches magnétiques ?

Une multicouche magnétique

est un empilement de couches extrêmement minces,

quelques couches atomiques seulement,

de métaux non magnétiques comme le cuivre

et de métaux magnétiques comme le fer.

le courant passe dans ces films

le long des couches magnétiques,

et la propriété de GMR

est que si les aimantations sont orientées

dans des directions opposées,

la résistance électrique est très élevée,

le courant passe difficilement.

Au contraire si le petit champ magnétique

créé par les bits magnétiques

oriente les aimantations dans la même direction,

la résistance électrique chute,

le courant peut passer

et le bits magnétique peut être détecté.

L'origine de cette magnétorésistance géante

c'est les propriétés de conduction électrique

dans les métaux ferromagnétiques.

Le magnétisme d'un métal comme le fer

est porté par le spin des électrons.

Les électrons ont une charge et un petit aimant,

qui s'appelle le spin.

Dans un métal magnétique,

vous avez un nombre différent d'électrons

dont les spins sont dirigés vers le haut et vers le bas,

vers le pôle plus et le pôle moins,

on parle d'électrons de spin majoritaire, ou spin up,

et d'électrons de spin minoritaire, ou spin down.

Et ceci peut se décrire par un décalage des bandes d'énergie

des états électroniques

pour les électrons de spin up et spin down.

Ce qui en résulte également,

ce sont une conduction très différente

par les électrons de spin up et spin down,

conduction par deux canaux parallèles,

comme vous le voyez à gauche de l'écran,

et le contraste entre la conductivité de ces deux canaux

peut être très grand,

en particulier quand on dope le métal

avec des impuretés sélectionnées.

Vous voyez par exemple sur le graphique de droite

la résistivité des deux canaux, spin up et spin down,

quand on met 1% d'impuretés de titane, vanadium,

chrome, jusqu'au cobalt, dans le nickel.

Vous voyez par exemple que si je mets des impuretés de cobalt,

la résistivité est 20 fois plus élevée

pour le canal de spin down.

Au fond, la conduction est pratiquement bloquée

dans le canal de spin down,

mais le courant continue de passer par le canal de spin up.

Au contraire, si je mets des impuretés de chrome,

on a ce pic de résistance pour le canal de spin up,

la conduction est bloquée dans ce canal,

et elle continue de passer par l'autre canal.

Ce sont des choses que l'on explique

par des calculs de structure électronique,

des calculs utilisant l'équation de Schrödinger,

de mécanique quantique,

par exemple le pic est dû à l'existence

de ce qu'on appelle une diffusion résonante

sur le niveau électronique de l'atome d'impureté de chrome.

Ces résultats ne sont pas nouveaux,

ce sont des résultats de ma thèse en 1970

et à cette époque-là j'avais même, dans des expériences,

nous avions des expériences

qui anticipaient un peu le mécanisme de la magnétorésistance géante.

Ces expériences, où on mettait à la fois par exemple

des impuretés de cobalt et de chrome dans le même nickel,

ce qui veut dire qu'on bloquait le courant dans les deux canaux,

et la résistance électrique mesurée était très élevée.

Au contraire si j'associais dans le nickel

des impuretés de fer et de cobalt,

eh bien on avait un blocage très élevé du courant

dans le canal de spin down

mais il continuait à passer par le canal de spin up

et la résistivité était beaucoup plus faible.