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Theses

Mn4N thin films for spintronics applications based on current-induced domain wall motion

Résumé : Un nouveau matériau spintronique, Mn4N, a été étudié. Les couches minces ferrimagnétiques Mn4N possèdent une aimantation spontanée Ms relativement petite et une forte anisotropie magnétique perpendiculaire (PMA) et conviennent donc aux dispositifs à mémoire à couple de rotation. De plus, Mn4N est composé uniquement d’éléments bon marché, légers et abondants, sans terres rares ni métaux nobles, et donc exempt de criticité matérielle. Dans ce travail, les propriétés magnétiques et de magnéto-transport de Mn4N développé sur un substrat de SrTiO3 (STO) ont été évaluées.Tout d'abord, les propriétés magnétiques et magnéto-transport des films minces de Mn4N sont évaluées, ce qui permet de constater leur amélioration spectaculaire en remplaçant les substrats classiques en MgO par des substrats en STO. Ce système Mn4N / STO présente des propriétés étonnantes: une structure de domaine de taille millimétrique, une aimantation totalement rémanente à champ nul et une commutation d’aimantation nette provoquée par une faible nucléation de domaine inversé et une propagation en douceur de DW. Ces propriétés, associées à un très petit Ms et à un grand PMA, soulignent son potentiel pour les applications spintroniques.Deuxièmement, l’efficacité de génération du couple de transfert de spin (STT) dans le film mince Mn4N a été mesurée en mesurant la vitesse de la paroi de domaine (DW) entraînée par des impulsions de courant. La vitesse DW atteint des valeurs record de 900 m / s pour une densité de courant de 1,3 × 10 12 A / m2. Cette valeur est la plus élevée de tous les systèmes pilotés par le STT et est comparable à la vitesse la plus élevée obtenue avec les SOT. La mobilité DW η est également très grande, la plus élevée de tous les systèmes basés sur STT. L'ajustement de nos données à l'aide d'un modèle analytique 1D permet d'extraire une polarisation de spin des électrons de conduction de 0,81, ce qui suggère que Mn4N pourrait convenir à l'obtention de grandes magnétorésistances. De plus, ces propriétés étonnantes ont été obtenues sans aucun élément de terre rare, aucune structure d’empilement, ni assistance extérieure telle que des champs magnétiques / électriques ou des contraintes mécaniques.Enfin, les propriétés magnétiques ont été ajustées par une petite quantité d'introduction de Ni dans Mn4N. L'aimantation spontanée de Mn4N sur STO a été réduite par l'introduction de Ni avec maintien d'un PMA fort et rémanence totale. Ce résultat indique que le système ferrimagnétique Mn4N pourrait être compensé en substituant des atomes de Ni. Récemment, la compensation du ferrimagnet a été activement étudiée car le ferrimagnet compensé fournit une efficacité infinie en spin-couple. Les trois évidences de la compensation ont également été démontrées, l'inversion de l'angle de Hall anormal, la chiralité de rotation de Kerr et la dépendance de l'aimantation en fonction de la température. Le point de compensation de la composition a été estimé autour de Mn3.82Ni0.18N. Nous avons suggéré le modèle de compensation de Mn4N par l'introduction de Ni, qui est compatible avec la réduction par MS, l'inversion des courbes AHE, Kerr et M-T.En résumé, un potentiel de films Mn4N et Mn4-xNixN a été démontré comme un candidat prometteur pour les applications spintroniques telles que les dispositifs de mouvement DW induits par le courant avec de grandes propriétés: nucléation de domaine et propagation DW lisse, efficacité de génération de STT ultra-haute et accordabilité de la magnétisation par Ni-introduction. Ces propriétés étonnantes ont été réalisées sans terres rares ni métaux nobles, ce qui peut constituer une étape importante dans le remplacement des matériaux à base de terres rares par des éléments abondants.
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Contributor : Abes Star :  Contact
Submitted on : Friday, September 6, 2019 - 1:36:11 PM
Last modification on : Thursday, July 16, 2020 - 2:28:03 PM
Document(s) archivé(s) le : Thursday, February 6, 2020 - 7:43:38 PM

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  • HAL Id : tel-02280481, version 1

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Toshiki Gushi. Mn4N thin films for spintronics applications based on current-induced domain wall motion. Materials Science [cond-mat.mtrl-sci]. Université de Tsukuba, 2019. English. ⟨NNT : 2019GREAY007⟩. ⟨tel-02280481⟩

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