Qui connait le Spintec ? Et pourtant, ce labo grenoblois incarne l’excellence française dans la spintronique. "Nous sommes le plus gros centre de recherche dans ce domaine en Europe et faisons partie des trois labos les plus importants au monde aux côtés de l’université Tohoku à Sendai, au Japon, et de l’université d’Etat de Californie à Los Angeles, aux Etats-Unis, affirme Bernard Dieny, son cofondateur et directeur scientifique. Si nous comptons seulement 30 chercheurs permanents dans ce domaine, nous figurons dans le Top deux mondial aux côtés de l’université Tohoku, qui aligne 300 à 400 chercheurs dans cette discipline. "
Deux Prix Nobel de Physique français
Mariage de l’électronique et du magnétisme, la spintronique s’annonce comme une révolution dans l’électronique. Son potentiel d’application s’étend des mémoires aux biotechnologies en passant par les capteurs magnétiques, les circuits logiques ou encore le traitement du cancer. "L’électronique traditionnelle se contente d’utiliser la charge électrique de l’électron, rappelle Bernard Dieny. La spintronique propose d’en exploiter aussi les propriétés quantiques pour améliorer les performances de composants existants comme les capteurs magnétiques ou en créer de nouveaux comme la Mram, mémoire magnétique. "
Produit emblématique de cette filière émergente, la Mram fait rêver l’industrie électronique depuis les années 1980 pour remplacer les trois types de mémoires Dram, Flash et Sram. Avec à la clé, des avantage de densité, d’endurance, de coût, de résistance aux rayonnements ionisants ou de support de grandes plages de température. "Nous en sommes aujourd’hui à la deuxième génération, la STT-Mram, affirme Bernard Dieny. Elle est produite en volume depuis 2018 par Everspin Technologies et de grands fondeurs de semi-conducteurs comme TSMC, GlobalFoundries, Samsung, UMC ou Intel. Ils utilisent tous deux brevets français."
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Car la France se situe à l’avant-garde des recherches dans ce domaine. Une position qui s’inscrit dans un fort héritage dans le magnétisme avec deux Prix Nobel de Physique : Louis Néel en 1970 pour sa découverte de l'antiferromagnétisme et du ferrimagnétisme, et Albert Fert (avec l’allemand Peter Grunberg) en 2007 pour sa découverte de la magnétorésistance géante (GMR pour Giant Magnetoresistance Effect) appliquée notamment aux têtes de lecture des disques durs, et des labos de réputation mondiale en nanoélectronique comme le CEA-Leti à Grenoble, le Laas à Toulouse ou l'IEMN à Lille.
120 chercheurs en France sur la spintronique
Créé en 2002 comme laboratoire mixte entre le CNRS, le CEA, l’Université Grenoble Alpes et Grenoble INP, le Spintec s’impose comme le porte-étendard de l’excellence française dans ce domaine. Son travail est complété par d’autres labos comme l’Institut Néel à Grenoble, le labo UMPhy CNRS-Thales, sur le plateau de Saclay, l’Institut Jean Lamour à Nancy, ou encore le Centre de nanosciences et nanotechnologies à Paris-Saclay.
" Au total, la France devrait compter 120 chercheurs sur la spintronique, estime Bernard Dieny. C’est peu en comparaison avec l’université de Tohoku, au Japon. Mais nous sommes reconnus au niveau mondial pour la qualité de nos communications et de nos brevets. Nous sommes particulièrement forts en recherche amont dans l’échelle TRL de maturité technologique de 1 à 4. Ce qui nous manque c’est de monter jusqu’à la préindustrialisation au niveau TRL de 7 comme le font les Japonais. L’université de Tohoku s’est équipée d’une ligne pilote de fabrication de circuits spintroniques sur plaquettes de 300 mm. Nous avons besoin d’une ligne similaire. Elle représente un investissement de 20 millions d’euros. Nous avons besoin du soutien des pouvoirs publics pour le réaliser. "
La France dispose de cinq start-up présentes sur toute la chaîne de valeur de la filière: Crocus Technology et Crivasense Technologies dans les capteurs magnétiques, Antaïos dans la mémoire Mram, Spin Ion Technologies dans le traitement des couches magnétiques déposées sur les plaquettes de silicium, et Hprobe dans le test. Trois d’entre elles sont issues du Spintec : Crocus Technology, Antaïos et Hprobe. "Ce qui nous manque, c’est l’engagement d’un gros industriel des semi-conducteurs, regrette le patron de l’une de ces start-up. STMicroelectronics a choisi de miser sur une autre technologie pour l’embarqué, la mémoire à changement de phase. Nous ne désespérons pas de le rallier à la mémoire Mram."
Intensification de la compétition internationale
Selon Bernard Dieny, la compétition internationale s’intensifie. "Etats-Unis, Chine, Japon, Corée du Sud, Taïwan… Tous les grands pays des semi-conducteurs boostent leurs investissements dans la spintronique, constate-t-il. Le Japon a investi à ce jour près de 1 milliard d’euros. Le Spintec n’en est qu’à 35 millions d’euros en dix ans. Les investissements en Europe ne sont pas à la hauteur des enjeux. Pour tenir la course, nous avons besoin de passer à la vitesse supérieure."
Les enjeux s’annoncent considérables. La spintronique est présentée comme l’électronique à basse consommation de demain. Elle va donner naissance à de nouveaux composants : des mémoires, des capteurs, des microcontrôleurs, des circuits radiofréquences, des puces d’Internet des objets ou encore des dispositifs de collecte de l’énergie électromagnétique ambiante. " Contrairement à l’ordinateur quantique, qui reste encore une curiosité de labo et ne verra peut-être jamais le jour comme produit commercial, la spintronique est aujourd’hui une réalité industrielle, souligne Bernard Dieny. Elle génère déjà des revenus en France. Mais le gros du développement va venir au cours des cinq prochaines années, avec un grand potentiel de création de start-up. C’est une opportunité économique à saisir en France. Les décideurs politiques devraient y investir au moins autant que dans l’ordinateur quantique. "
