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Theses

Engineering and dynamical control of interfacial properties in ultra-thin films to tune magnetic spin textures

Résumé : Le contrôle du magnétisme aux interfaces s’est avéré essentiel pour la spintronique et ses applications, en particulier celles basées sur des structures chirales de spin appelées skyrmions magnétiques. Ces skyrmions, décrits comme des solitons magnétiques, sont de potentiels vecteurs d’information. Dans des empilements ultraminces du type métal lourd / ferromagnétique / isolant, les skyrmions sont stabilisés par une interaction d’échange antisymétrique d’interface appelée interaction de Dzyaloshinskii-Moriya (DMI); celle-ci entre en compétition avec d’autres interactions telles que l’interaction d’échange symétrique ou l’anisotropie magnétique. Afin de contrôler ces skyrmions, les propriétés magnétiques aux interfaces doivent être ajustées finement et modulées par une excitation extérieure. Le champ électrique s’est avéré être un outil efficace pour manipuler ces propriétés d’interface. Il a notamment été montré dans un certain nombre d’études depuis 2009 qu’une différence de potentiel permet de modifier localement et de manière dynamique des propriétés telles que l’anisotropie magnéto-cristalline ou l’aimantation à saturation. Cependant, cet effet sur DMI, qu’il est crucial d’intégrer pour les systèmes avec skyrmions, n’avait pas été observé pour les films ultraminces.Cette thèse présente tout d'abord une optimisation des systèmes tricouches de type métal lourd/ferromagnétique/oxide dans lesquels peuvent exister des skyrmions. J’ai plus particulièrement étudié le système Ta/FeCoB/TaOx qui permet de énucléer des skyrmions en présence d’un faible champ magnétique appliqué perpendiculairement au plan des couches. Une étude approfondie en fonction de l’épaisseur de FeCoB et de l’état d’oxydation du TaOx a notamment été menée, permettant ainsi d’identifier les différentes zones présentant des skyrmions. D’autre part, le résultat majeur de cette thèse est la démonstration de la modulation de DMI par un champ électrique dans une tricouche Ta/FeCoB/TaOx. Des mesures de spectroscopie Brillouin sous champ électrique ont montré une très grande variation allant jusqu’à 130%. Puis, des observations complémentaires en microscopie à effet Kerr magnéto-optique ont permis de mesurer simultanément une variation monotone de DMI et de la taille des skyrmions en fonction du champ électrique avec une efficacité sans précédent. Puisque le champ électrique agit principalement sur l’interface entre le matériau ferromagnétique et l’oxyde (FeCoB/TaOx), cette étude indique l’existence d’une DMI de type Rashba, expliquant la forte sensibilité au champ électrique. Ces observations montrent également qu’un renversement du signe de l’IDM est possible, qui conduirait à une inversion de la chiralité des skyrmions. Cette manipulation dynamique de DMI permettrait de conférer un degré de contrôle supplémentaire pour le développement de mémoires ou de dispositifs logiques ou neuromorphiques à base de skyrmions.
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Contributor : Abes Star :  Contact
Submitted on : Thursday, August 29, 2019 - 2:00:08 PM
Last modification on : Thursday, July 16, 2020 - 2:28:03 PM

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  • HAL Id : tel-02273960, version 1

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Titiksha Srivastava. Engineering and dynamical control of interfacial properties in ultra-thin films to tune magnetic spin textures. Materials Science [cond-mat.mtrl-sci]. Université Grenoble Alpes, 2019. English. ⟨NNT : 2019GREAY001⟩. ⟨tel-02273960⟩

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