Dynamique de parois de domaines magnétiques chirales en présence de défauts

Defect-influenced dynamics of chiral magnetic domain walls

• Auteur / Autrice : Pierre Géhanne
• Direction : André Thiaville, Vincent Jeudy, Stanislas Rohart
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 08/07/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des solides (Orsay, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Jury : Président / Présidente : Daniel Lacour
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Gourdon, Stefania Pizzini, Jean-Paul Adam, Pierre Le Doussal
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Gourdon, Stefania Pizzini

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chiralité (physique)

Films magnétiques

Domaines magnétiques

Mots clés libres

Magnétisme

Couches minces

Dynamique

Universalité

Défauts

DMI

Microscopie magnétooptique

Magnetism

Ultrathin films

Dynamics

Universality

Defects

DMI

MOKE

Résumé

L'interaction Dzyaloshinskii-Moriya dans les couches magnétiques ultraminces est à l'origine de parois de domaines magnétiques chirales, qui présentent un fort intérêt pour la spintronique et le stockage magnétique. Cette thèse cherche à obtenir une meilleure description des parois magnétiques chirales soumises à un champ planaire permettant de modifier leur comportement statique et dynamique. Le premier chapitre de la thèse fait le point sur les théories existantes et les derniers résultats expérimentaux concernant la dynamique de parois chirales. Le deuxième chapitre décrit les méthodes utilisées pour mesurer la vitesse des parois de domaines dans trois échantillons de couches magnétiques ultraminces à anisotropie perpendiculaire. Pour accéder à la structure des parois nous avons développé un nouveau modèle micromagnétique, dit du petit cercle, qui est présenté dans le chapitre trois. Le chapitre quatre présente nos résultats expérimentaux de dynamique de parois, ainsi que l'analyse universelle permettant d'en extraire les paramètres macroscopiques décrivant le désordre et la valeur de l'interaction Dzyaloshinskii-Moriya. Enfin, le cinquième chapitre présente nos conclusions sur l'interaction entre la structure des parois de domaine et son ancrage par l'échantillon.

The Dzyaloshinskii-Moriya interaction in ultrathin magnetic films gives birth to chiral magnetic domain walls, which have a potential for applications in spintronics and magnetic storage. This thesis aims for a better description of chiral domain-walls under an external in-plane magnetic field used to affect their static and dynamic behaviors. The first chapter gives an overview of existing theoretical and experimental works concerning chiral domain walls. The second chapter describes the methods used by the author to measure the velocity of domain walls in three different samples of ultrathin magnetic films with perpendicular anisotropy. A new semi-analytical model, dubbed the "small-circle" and detailed in chapter three, was developed to address the determination of the domain wall structure. The fourth chapter presents the experimental results of our study of domain wall velocity under out-of-plane and in-plane field, as well as the universal analysis allowing to extract pinning parameters and the value of the Dzyaloshinskii-Moriya interaction. Finally, chapter five shows that our experiments allow to measure the strength and length-scale of the interaction between domain walls and the underlying pinning disorder.