Dépiégeage de parois magnétiques par activation thermique et transfert de spin dans des nanostructures d'alliage FePt PDF Download

Author: Andrei Paul Mihai
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Nous avons étudié le renversement d'aimantation dans des couches minces FePtiMgO et des vannes de spin FePt/Pt/FePtIMgO à forte anisotropie perpendiculaire, déposées par épitaxie par jets moléculaires. Ces structures ont été caractérisées et leurs propriétés magnétiques et électriques optimisées. La contribution de la diffusion électrons-magnons à la résistivité (Magnétorésistance due aux Magnons) à été étudiée en détail dans les couches minces FePtiMgO. Une étude théorique de cet effet a été faite, en mettant en relation la variation linéaire de la magnétorésistance en fonction du champ magnétique, avec la forte anisotropie de l'alliage FePt. Nous montrons aussi que la MMR, qui augmente avec la température, fournit une nouvelle technique de détection du renversement d'aimantation. Nous avons aussi étudié l'influence de l'application d'un courant directe sur la propagation de parois magnétiques dans des nanostructures à base de FePt. Nous avons fait des mesures d'Effet Hall Extraordinaire et magnétoresistance dans des nanoftls de FePtiMgO et de FePt/PtlFePtlMgO. Ces systèmes permettent d'étudier le dépiégeage thermiquement activé d'une paroi magnétique sur un seul défaut structural. Dans les deux types de structures, le temps de dépiégeage a un caractère stochastique. Enfm nous montrons que, grâce à la forte efficacité du transfert de spin dans l'alliage F ept, un faible courant continu peut fortement modifier le temps moyen de résidence sur le défaut.

Author: Andrei Paul Mihai
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Pages : 108

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Nous avons étudié le renversement d'aimantation dans des couches minces FePtiMgO et des vannes de spin FePt/Pt/FePtIMgO à forte anisotropie perpendiculaire, déposées par épitaxie par jets moléculaires. Ces structures ont été caractérisées et leurs propriétés magnétiques et électriques optimisées. La contribution de la diffusion électrons-magnons à la résistivité (Magnétorésistance due aux Magnons) à été étudiée en détail dans les couches minces FePtiMgO. Une étude théorique de cet effet a été faite, en mettant en relation la variation linéaire de la magnétorésistance en fonction du champ magnétique, avec la forte anisotropie de l'alliage FePt. Nous montrons aussi que la MMR, qui augmente avec la température, fournit une nouvelle technique de détection du renversement d'aimantation. Nous avons aussi étudié l'influence de l'application d'un courant directe sur la propagation de parois magnétiques dans des nanostructures à base de FePt. Nous avons fait des mesures d'Effet Hall Extraordinaire et magnétoresistance dans des nanoftls de FePtiMgO et de FePt/PtlFePtlMgO. Ces systèmes permettent d'étudier le dépiégeage thermiquement activé d'une paroi magnétique sur un seul défaut structural. Dans les deux types de structures, le temps de dépiégeage a un caractère stochastique. Enfm nous montrons que, grâce à la forte efficacité du transfert de spin dans l'alliage F ept, un faible courant continu peut fortement modifier le temps moyen de résidence sur le défaut.

Author: Simone Borlenghi Garoia
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L'objectif de ce travail de thèse est de comprendre l'influence mutuelle entre transport électronique et dynamique de l'aimantation dans des nanostructures hybrides magnétiques métalliques. Dans une première partie on a développé un modèle théorique, basé sur la théorie des matrices aléatories, pour décrire à niveau microscopique le transport dépendent du spin dans une nanostructure hétérogène. Ce modèle, appélé CRMT (Continuous Random Matrix Theory) a ensuite été traduit dans un code de simulation qui permet de calculer les proprietés locales (couple de transfert de spin, accumulation de spin et courant de spin) et globales (résistance) de transport dans des conducteurs ohmiques. Le modèle a été validé en le comparant avec une théorie du transport quantique basée sur le calcul des fonctions de Green hors équilibre (NEGF-Non Equilibrium Green Function formalism). Le couplage des ce deux modèles a permis d'éffectuer une description multi-échelle du transport dans des nanostructures métalliques hybrides, où les parties ohmiques sont décrites par CRMT (plus pérformant du point de vue computationnel) et les parties purement quantiques par le formalisme des fonctions de Green. CRMT a ensuite été couplé à un code de simulation micromagnétique, pour prendre en compte la dynamique complexe de l'aimantation induite par le transfert de spin. L'originalité de cette approche réside dans la modélisation des expériences de résonance ferromagnétique conduites sur des oscillateurs a transport de spin. Ce travail a permis la mise en évidence des règles de sélection des ondes de spin induites par le transfert de spin, en accord avec les données experimentales.

Author: Anca Gîndulescu
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Pages : 284

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La première partie de la thèse est axée sur la modélisation et la simulation du renversement de l'aimantation et de l'influence du bruit dans les nanostructures ferromagnétiques. La deuxième partie s'intéresse à l'étude des composés à transition de spin 1D et 2D notamment la relaxation à basse température et l’effet de la taille dans les nanoparticules. Après un aperçu des matériaux magnétiques ainsi que des principaux modèles développées pour l'étude théorique du comportement d'hystérésis, le troisième chapitre propose un aperçu de nos résultats concernant le renversements d 'aimantation par des champs magnétiques et par le courant de spin polarisés. Nous présentons aussi la modélisation et la simulation du phénomène de bruit induit dans les systèmes complexes d'hystérèse. Le quatrième et cinquième chapitre sont consacrés aux composés à transition de spin et à la description de quelques modèles proposés pour expliquer le phénomène à transition de spin. Le chapitre six fournit une vue d'ensemble sur les composés à transition de spin 1D mettant l'accent sur l’effet de la lumière à basse température. Le dernier chapitre présent quelques caractéristique de systèmes à transition de spin 2D: l'effet de taille et la dynamique de relaxation à l'aide de la technique de Monte Carlo avec l’algorithme d’Arrhenius.

Author: Jean-Yves Chauleau
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Pages : 149

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Cette thèse a pour objectif l'étude des parois de domaines magnétiques, et plus généralement des textures magnétiques, dans des nanostructures. Ce travail est motivé par le couplage entre les électrons responsables du magnétisme et ceux de la conduction électrique, appelé transfert de spin, qui donnent lieu à la dynamique de parois de domaines sous courant de spin. La connaissance du comportement dynamique et des caractéristiques statiques de telles structures est alors indispensable. L'outil principalement utilisé dans de ce travail est la microscopie à force magnétique, et ce présent dans l'ensemble des sujet abordés. L'étude principale de ce travail concerne la mise en évidence expérimentale de l'automouvement de paroi dans des nanopistes de NiFe. Nous avons montré ce phénomène dans le cas d'une transformation de parois puis analysé l'importance qu'il a pour la dynamique des parois dans le cas général aux impulsions courtes. Les propriétés statiques ont aussi été étudiées par des mesures de magnétorésistance anisotrope pour des parois soumises à un champ magnétique tournant quasi-statique. Finalement, l'aspect "nouveaux matériaux" étant un des grands axes de recherche concernant le transfert de spin, une troisième partie a été consacrée à l'étude de la distribution d'aimantation complexe des nanostructures de NiPd. Pour tous les sujets abordés dans ce travail, des calculs micromagnétiques ont été effectués pour appuyer notre compréhension.

Author: Johann A. Lussange
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Pages : 228

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Le sujet de cette thèse porte sur les calculs numériques de deux observables quantiques influents à l'échelle submicrométrique: le premier étant la force de Casimir et le second étant le transfert thermique radiatif. En champ proche, ces deux grandeurs physiques sont à l'origine de nombreuses applications potentielles dans le domaine de la nano-ingénierie. Elles sont théoriquement et expérimentalement bien évaluées dans le cas de géométries simples, comme des cavités de Fabry-Pérot formées par deux miroirs plans parallèles. Mais dans le cas des géométries complexes invariablement rencontrées dans les applications nanotechnologiques réelles, les modes électromagnétiques sur lesquels elles sont construites sont assujettis à des processus de diffractions, rendant leur évaluation considérablement plus complexe. Ceci est le cas par exemple des NEMS ou MEMS, dont l'architecture est souvent non-triviale et hautement dépendante de la force de Casimir et du flux thermique, avec par exemple le problème de mal fonctionnement courant dû à l'adhérence des sous-composants de ces systèmes venant de ces forces ou flux. Dans cette thèse, je m'intéresse principalement à des profils périodiques de forme corrigée qui posent d'importantes contraintes sur la simplicité de calcul de ces observables, et présente les résultats des estimations numériques de ces grandeurs pour des profils variés.

Author: Yassine Quessab
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Pour des applications technologiques d'enregistrement magnétique de l'information à haute densité et vitesse d'écriture et de lecture ultra-rapide, les chercheurs se sont penchés vers des méthodes de manipulation de l'aimantation sans application de champ magnétique externe. Il a été découvert qu'il était possible de renverser de manière déterministe l'aimantation de plusieurs matériaux ferri- et ferro-magnétiques à l'aide uniquement d'impulsions laser ultracourtes polarisées circulairement. Ce retournement tout-optique s'est avéré être un processus cumulatif nécessitant plusieurs impulsions ultracourtes dans les matériaux ferromagnétiques. Notamment dans les multicouches (Co/Pt), le retournement tout-optique se fait en deux étapes : une désaimantation indépendamment de l'hélicité suivie d'une ré-aimantation dans une direction ou l'autre selon l'hélicité. Pour autant, le mécanisme à l'origine du rétablissement de l'ordre magnétique n'a pas été étudié jusqu'à présent. Dans cette thèse, nous avons étudié le mécanisme de renversement de l'aimantation dans les couches ferromagnétiques résultant de l'excitation par impulsions laser ultracourtes polarisées circulairement. Pour cela, nous étions intéressé par la réponse d'une paroi de domaine dans les couches minces de Pt/Co/Pt à la suite d'une excitation laser et en fonction de la polarisation de la lumière. Nous avons démontré la possibilité d'induire un déplacement tout-optique et déterministe d'une paroi de domaine. Nous montrons que la propagation de la paroi résulte de la compétition entre trois contributions : le gradient de température dû aux effets de chauffage par le laser, l'effet de l'hélicité de la lumière et les effets de piégeages de la paroi. Par ailleurs, par mesures expérimentales du dichroïsme circulaire, nous excluons un mécanisme purement thermique du déplacement de paroi. Ainsi nous confirmons que le retournement tout-optique des couches ferromagnétiques se fait par une nucléation suivie d'une ré-aimantation par propagation déterministe des parois de domaines selon l'hélicité. De plus, nous avons exploré la possibilité d'utiliser le retournement tout-optique dans des dispositifs spintroniques pour l'enregistrement de l'information à haute densité. Pour se faire, il est nécessaire d'étudier les effets de tailles du retournement lorsque le matériau est structuré en îlots à l'échelle du micro- ou nanomètre. Nous avons montré qu'un plus grand nombre d'impulsions laser est nécessaire afin de renverser l'aimantation de micro-disques comparés à la couche continue ferromagnétique. Il en résulte que le champ dipolaire aide le renversement de l'aimantation dans les couches continues rendant ainsi le retournement tout-optique énergétiquement plus favorable.

Author: Hongxin Yang
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Phénomènes de spintronique dans les jonctions tunnel magnétiques et des films minces sont très prometteurs des deux points fondamentaux et l'application de vue. Elles sont basées sur l'exploration de spin d'électron en plus de sa charge et comprennent intercalaire couplage d'échange (CEI), l'anisotropie magnétique perpendiculaire (PMA), géante (GMR) et magnétorésistance tunnel (TMR), Couple de transfert de spin (STT), Spin effet Hall (SHE) et même induire du magnétisme dans les éléments non compris d graphène. Cette thèse comprendra premiers principes des études de phénomènes spintronique qui ont été d'un grand intérêt récemment. La première partie est consacrée à intercalaire couplage d'échange à travers les matériaux isolants dont le MgO, SrTiO3, GaAs et ZnSe. La deuxième partie comprendra des études ab initio d'anisotropie magnétique perpendiculaire au Fe | interfaces MgO et MTJ y compris le mécanisme et sa corrélation avec le spin Bloch symétrie Etat fondé de filtrage. Dans les enquêtes troisième partie de l'anisotropie magnétique et la fonction de travail dans les Co | interfaces graphène seront présentés. Ensuite, il sera montré possibilité d'induire et d'optimiser le magnétisme intrinsèque dans nanomeshes graphène. Dernière partie sera consacrée à l'induction de polarisation de spin et le réglage de Dirac point et ordre magnétique dans le graphène à l'aide d'effets de proximité magnétiques substrat.

Author: Mathieu Cormier
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Pages : 189

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La paroi de domaine magnétique est un concept essentiel à la compréhension du renversement d'aimantation dans un film ou une nanostructure magnétique, et peut être mise en jeu dans les processus d’écriture et de transmission d’une information dans un nano-dispositif. Théoriquement, nous avons mis en évidence, dans une nanostructure magnétique sans défauts, des effets de confinement sur la propagation d'une paroi sous champ magnétique et/ou sous courant polarisé en spin. Ceci a été illustré par l'étude, par microscopie magnéto-optique, de la propagation de paroi dans des films ultraminces Pt/Co/Pt à anisotropie perpendiculaire. Dans ces films, nous avons réalisé des nano-pistes lithographiées et irradiées à très faible dose par des ions hélium. Ces dispositifs se sont révélés être des systèmes modèles, idéaux pour étudier la propagation de paroi sous champ, et nous ont paru prometteurs pour l'étude de la propagation induite par transfert de spin. Pourtant, pour toute la gamme des impulsions de courant injectées dans ces pistes, aucun des effets de propagation observés expérimentalement n’a pu être attribué au transfert de spin. Au vu de l’évaluation quantitative du courant et de sa polarisation dans la couche de cobalt, ceci est justifié par un rapport défavorable entre l’échauffement par effet Joule et le transfert de spin. Nous avons également construit un magnétomètre Kerr polaire à haute résolution, utilisant un faisceau laser hautement focalisé, dont la résolution, la stabilité et la sensibilité exceptionnelles sont bien adaptées à l'étude de nanostructures magnétiques ultraminces à anisotropie perpendiculaire, et ce jusqu'à des dimensions largement sub-microniques.

Author: Jon Gorchon
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La manipulation de l'état magnétique d'un système ferromagnétique présente un grand intérêt en raison de possibles applications technologiques. Comprendre les mécanismes fondamentaux qui contrôlent l'aimantation est donc particulièrement important. La compréhension de certains mécanismes peut également avoir un impact dans d'autres domaines de la physique. C'est le cas par exemple de la dynamique de déplacement de parois de domaines sous champ magnétique dans le régime de reptation (creep) qui peut être assimilé à celui d'une interface élastique et qui présente un caractère universel. Cette thèse présente tout d'abord, à travers un travail expérimental sur des couches ultra-minces de Pt/Co/Pt, une description complète de la dynamique de déplacement de parois de domaines sous champ magnétique. Une analyse auto-cohérente permet d'extraire tous les paramètres de contrôle, des exposants universels sont confirmés et un nouveau régime dynamique (le TAFF) est identifié. Une deuxième étude porte sur le déplacement de parois sous courant électrique en géométrie étendue dans un film de (Ga,Mn)(As,P). Cette étude met en évidence des instabilités de forme des parois de domaines soumises à un gradient de courant électrique. Les limites de stabilités sont analytiquement prédites et présentent un bon accord avec les expériences. Un troisième travail porte sur le renversement de l'aimantation à l'interface entre un film de (Ga,Mn)(As,P) et une électrode non ferromagnétique. Un renversement stochastique de l'aimantation sous courant continu est mis en évidence. Son origine réside dans l'accumulation de spin à l'interface qui diminue fortement l'aimantation locale. Un modèle simplifié permet de décrire la probabilité de retournement de l'aimantation et d'extraire les temps caractéristiques associés.