Propriétés magnétiques du système Pt/Co/AlOx et ses variations sous champ électrique

par Marine Schott

Thèse de doctorat en Nanophysique

Sous la direction de Jan Vogel et de Claire Baraduc.

Soutenue le 26-10-2017

à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec Institut Néel (Grenoble) (laboratoire) et de Spintronique et technologie des composants (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Mairbek Chshiev.

Le jury était composé de Nicolas Reyren, Alain Marty, Anne Bernand-Mantel, Hélène Béa.

Les rapporteurs étaient Véronique Dupuis, François Montaigne.


  • Résumé

    Un des challenges actuels dans le domaine de la spintronique est son extension vers des systèmes dits de nanospintronique, où les dimensions sont réduites à l’échelle du nanomètre, avec comme système modèle un nano-aimant unique. La découverte de nouveaux moyens pour contrôler l’aimantation dans ces nano-aimants, pourrait avoir des applications pour les technologies de l’information. Dans le cadre de cette thèse nous nous sommes intéressés plus particulièrement aux nouveaux effets liés à l’accumulation de charges électriques au sein de films magnétiques ultraminces, aussi appelés effets de champ électrique. Nous avons étudié l’effet de l’application d’un champ électrique sur les différents paramètres magnétiques propres à nos films, via des mesures de magnéto-transport et magnéto-optique. Ces mesures ont été conduites sur une tri-couche de Pt/Co/AlOx présentant un gradient d’oxydation pour l’alumine. L’oxydation de cette interface étant contrôlée à l’échelle nanométrique, une large gamme de paramètres magnétiques est donc accessible au sein d’un seul et même échantillon. Ceci représente un très bon outil d’étude pour les différents phénomènes intervenant dans ces tri-couches. La caractérisation fine de ces échantillons a permis de mettre en évidence une zone pour laquelle des propriétés très intéressantes ont été observées (domaines spontanément désaimantés, bulles skyrmioniques). La proximité de la température de Curie (Tc) de cette zone avec la température de mesure (ambiante) en est la cause principale. Ces bulles skyrmioniques font actuellement l’objet de beaucoup de recherche au niveau national et international, étant considérées comme potentiellement très attractives pour des applications de type mémoire et logique magnétique. L’originalité de ce travail de thèse a été de montrer que ces bulles skyrmioniques sont fortement influencées par le champ électrique, dû au fort contrôle des propriétés magnétiques de cette zone (anisotropie, champ coercitif, aimantation à saturation, facteur DMI). Nous proposons le design d’un interrupteur nanométrique permettant de créer ou effacer ces bulles skyrmioniques grâce à un champ électrique, levant ainsi un verrou important pour la mémoire/logique magnétique basée sur ces bulles skyrmioniques. La potentialité de ces nouveaux effets pour réaliser un renversement ’aimantation/une création de bulles skyrmioniques, assistés par champ électrique, a été étudiée à des plages de températures et d’anisotropies adaptées pour ces applications (température ambiante).

  • Titre traduit

    Electric field effect on magnetic properties of Pt/Co/AlOx trilayers


  • Résumé

    A current challenge in the field of spintronics is the development of functional nanospintronics systems, in which the dimensions of the device are confined to the nanometer scale. The model system is called a single nano-magnet. New possible routes to control its magnetisation could be useful for many applications, in particular, those in the area of information technology. During this PhD, we chose to study the particular effects that are linked to the electric charge accumulation in the nano-magnet. This effect, also known as the electric field effect, were studied on the different magnetic properties of our films. They were probed by magneto-transport and magnetooptical measurements. These measurements were conducted on asymmetric Pt/Co/AlOx trilayers. These structures were sputter-deposited on a wedge shape for the alumina. This leadingto a nanometric control of the oxidation degree of the interface. Then, a wide range of magnetic parameters is available on a unique sample. Systematic caracterization of these structures showed an interesting zone for magnetic properties (spontaneous striped domains, skyrmionic bubbles). The observation of this type of magnetic object is directly linked to the weak Curie temperature(Tc) of this zone (close to room temperature. Skyrmionic bubbles are subject to lots of international studies. They are potentially attractive for memories or logic devices development. The key result of this PhD was to show the strong dependence of magnetic skymionic bubbles with electric field application. The full electrical switch of these objects has been achieved, due to the strong electrical control of the different magnetic properties. To induce electric-field assisted magnetisation reversal/skyrmionic bubbles nucleation, studies were performed for an adapted range of temperatures and anisotropies (room temperature).


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