Précession de l'aimantation par transfert de spin dans des nanopiliers magnétiques
Magnetization precession by spin transfer in magnetic nanopillars
Résumé
This thesis is dedicated to the experimental study of the dynamics of magnetization induced by spin transfer in magnetic nanopillars. The recent discovery that a spin polarized current can exert a torque on the magnetization of a ferromagnetic body, via transfer of spin momentum, opens a new way to manipulate magnetization with no applied field. This "spin transfer torque" can, for a high enough current, switch magnetization or even in some cases generate steady precession state of magnetization associated with microwave generation.
In this thesis, spin transfer effects were studied in specific Co/Cu/Ni80Fe20 magnetic structures in which an oscillatory angular dependence of the torque (called "wavy" ) is predicted by the diffusive spin transfer models. This "wavy" torque deeply modifies the dynamics of magnetization induced by the spin transfer torque and allows precession states of magnetization with no applied field, only by injecting a DC current in the structure. The static transport characterizations and high frequency measurements on this magnetic nanopillars with a wavy torque clearly show new kinds of steady precession modes at zero (or low) field, in agreement with the predictions of the theoretical models and the dynamical simulations. This thesis work is a successful test of diffusive models of spin transfer and opens the way to a new type of spin transfer oscillators that do not need an applied field.
In this thesis, spin transfer effects were studied in specific Co/Cu/Ni80Fe20 magnetic structures in which an oscillatory angular dependence of the torque (called "wavy" ) is predicted by the diffusive spin transfer models. This "wavy" torque deeply modifies the dynamics of magnetization induced by the spin transfer torque and allows precession states of magnetization with no applied field, only by injecting a DC current in the structure. The static transport characterizations and high frequency measurements on this magnetic nanopillars with a wavy torque clearly show new kinds of steady precession modes at zero (or low) field, in agreement with the predictions of the theoretical models and the dynamical simulations. This thesis work is a successful test of diffusive models of spin transfer and opens the way to a new type of spin transfer oscillators that do not need an applied field.
Cette thèse est consacrée à l'étude expérimentale de la dynamique de l'aimantation induite par le couple de transfert de spin dans des nanopiliers magnétiques. La découverte récente qu'un courant polarisé en spin peut exercer, via un transfert de moment angulaire de spin, un couple sur l'aimantation d'un matériau ferromagnétique offre un nouveau moyen pour manipuler une aimantation sans appliquer de champ externe. Ce couple dit de "transfert de spin" peut, pour un courant suffisamment élevé, retourner l'aimantation ou dans d'autre conditions, générer des états de précessions entretenus de l'aimantation associées à la génération de micro-ondes. Dans cette thèse, nous avons étudié l'effet de transfert de spin dans des structures magnétiques spécifiques de type Co/Cu/Ni80Fe20, dans lesquelles une dépendance angulaire du couple non strandard, dite "oscillante", est prédite par les modèles diffusifs de transfert de spin. Ce couple "oscillant" modifie profondément la dynamique de l'aimantation induite par le couple de transfert de spin et permet en particulier d'obtenir des états de précession de l'aimantation sans champ appliqué, uniquement en injectant un courant continu dans la structure. Les caractérisations en transport statique et les mesures haute-fréquence effectuées sur des nanopiliers magnétiques à couple oscillant ont permis de mettre clairement en évidence la présence de modes de précession entretenue de l'aimantation à champ faible et même à champ nul, en accord avec les prédictions des modèles. Elles montrent par ailleurs des caractéristiques dynamiques induites par le courant inédites, qui peuvent s'expliquer par des simulations macrospin de la dynamique de l'aimantation. Ce travail de thèse apparaît comme un test réussi des modèles diffusifs de transfert de spin et ouvre la voie à un nouveau type d'oscillateur à transfert de spin qui ne nécessite pas de champ appliqué.