Effects of interfacial interactions on optical switching in magnetic heterostructures

par Pierre Vallobra

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Stéphane Mangin et de Juan Carlos Rojas-Sanchez.

Le président du jury était Alexey Kimel.

Le jury était composé de Alexandra Mougin, Vincent Baltz, Jeffrey McCord.

Les rapporteurs étaient Alexandra Mougin, Vincent Baltz.

  • Titre traduit

    Effets des interactions d’interface sur le renversement optique dans des hétérostructures magnétiques


  • Résumé

    Pendant les 20 dernières années, le nanomagnétisme a suscité un intérêt grandissant au sein de la communauté scientifique du fait de ses nombreuses applications pour les mémoires magnétiques. A l’échelle nanométrique beaucoup de propriétés des matériaux magnétiques découlent de leurs interfaces avec d’autres matériaux (magnétiques ou non). Cela explique l’omniprésence des hétérostructures composées de plusieurs couches d’épaisseur nanométrique dans le domaine du nanomagnétisme. Dans les hétérostructures que nous étudions, ces propriétés interfaciales sont le décalage d’échange, l’interaction Dzyaloshinskii-Moriya, l’anisotropie magnétique perpendiculaire et l’échange entre deux couches ferromagnétiques. D’abord nous étudions la modification du champ de décalage d’échange dans une bicouche [Pt/Co]xN/IrMn lorsque l’on l’expose à des impulsions laser de lumière polarisée circulairement. Nous montrons que le champ de décalage d’échange après exposition au laser résulte de la configuration du ferromagnétique [Pt/Co]xN. Nous étudions ensuite les conditions nécessaires à un retournement tout optique dépendant de l’hélicité d’un matériau ferrimagnétique de synthèse composé de deux couches de CoFeB /Pt /CoFeB et Co couplées antiferromagnétiquement et concluons que les facteurs clés qui gouvernent le renversement de l’aimantation totale sont les températures respectives des deux couches. Nous nous sommes aussi concentrés sur la propagation de parois de domaine de Néel de même chiralité stabilisées par interaction Dzyaloshinskii-Moriya dans des multicouches de [Pt/Co/Ni]N. Nous avons finalement démontré la possibilité de générer des bulles skyrmioniques par le laser femtoseconde


  • Résumé

    During the last 20 years, nanomagnetism has attracted a growing interest in the scientific community due to its multiple applications for magnetic memories. At the nanometer scale, many of the properties of the magnetic materials arise from their interfaces with other materials (magnetic or non-magnetic). This explains the omnipresence of heterostructures composed of several layers of thicknesses in the range of the nanometer in the field of nanomagnetism. In the heterostructures we study, those interfacial properties are the exchange bias, the Dzyaloshinskii-Moriya interaction, the perpendicular magnetic anisotropy and the interlayer exchange between two ferromagnetic layers. First we study the modification of the exchange bias field in a [Pt/Co]xN/IrMn bilayer when we expose it to laser pulses of a femtosecond circularly polarized light. We demonstrate that the final exchange bias field after laser pulses results from the magnetic configuration of the [Pt/Co]xN multilayer. We then study the conditions required for a helicity-dependent all optical switching of a synthetic ferromagnetic material composed of a CoFeB /Pt /CoFeB and a Co ferromagnetic layers coupled antiferromagnetically and conclude that the key factors that drive the switching of the total magnetization are the Curie temperatures of both layers. We focused also on the field-driven propagation of Néel domain walls of the same chirality stabilized by the Dzyaloshinskii-Moriya interaction in [Pt/Co/Ni]xN multilayers. We finally demonstrated the possibility to generate skyrmionic bubbles with the femtosecond laser


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