Manipulation de paroi de domaine dans Mn4N

par Sambit Ghosh

Projet de thèse en Nanophysique

Sous la direction de Jean-Philippe Attane, Laurent Vila et de Takashi Suemasu.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes en cotutelle avec l'Université de Tsukuba , dans le cadre de Physique , en partenariat avec Spintronique et Technologie des Composants (laboratoire) depuis le 01-11-2018 .


  • Résumé

    La manipulation de spin à température ambiante présente un potentiel considérable pour devenir, au cours de la prochaine décennie, la base d'une technologie de traitement de l'information alternative. Ce projet fait partie de cette quête passionnante de technologies spintroniques disruptives. Une paroi de domaine magnétique est une interface qui sépare les domaines magnétiques de différentes orientations dans un matériau ferromagnétique. La manipulation de parois a fait l'objet d'études intenses, depuis la découverte des effets de transfert de spin, qui permettent d'envisager plusieurs applications logiques et mémoire. La densité de puissance et de courant nécessaire pour induire le mouvement des parois de domaine est un élément clé du développement de telles mémoires. C'est pourquoi les systèmes à anisotropie magnétique perpendiculaire ont suscité un intérêt croissant. Ce projet consiste à exploiter le potentiel d'un nouveau système: les films minces ferrimagnétiques Mn4N. Ces films possèdent à la fois une anisotropie perpendiculaire élevée et une très faible magnétisation, et sont des candidats prometteurs pour l'étude des couples de transfert de spin, des couples spin-orbite et du contrôle du champ électrique. Le projet combine l'expertise du groupe Tsukuba sur la croissance de Mn 4N par épitaxie par jet moléculaire, avec l'expérience de la manipulation de parois de domaines dans le groupe de Grenoble. Une première série d'expériences préliminaires a été réalisée grâce à un doctorat conjoint (Toshiki Gushi), payé par l'Université de Tsukuba. La collaboration a démontré que les substrats STO permettent d'obtenir des cycles d'hystérésis beaucoup plus nettes, avec des parois de domaine incroyablement lisses et longues, de l'ordre du mm plutôt que dans la gamme submicronique habituelle. La première estimation de l'efficacité du couple de transfert de spin est très élevée. Nous prévoyons d'étudier le rôle de l'interface Rashba STO / Mn4N, en utilisant le pompage de spin et des échantillons plus fins. De plus, le STO pourrait permettre de moduler les propriétés de l'interface Rashba STO/Mn4N, et donc des effets spin-orbite, en utilisant une tension de grille. Ceci sera étudié en utilisant à la fois des expériences de couples spin-orbite sur des parois de domaines et des méthodes de pompage de spin sur des couches minces. Le dépôt des films sera réalisé à Tsukuba. Le doctorant passera environ la moitié de son doctorat à Tsukuba, en déposant, caractérisant et optimisant les échantillons. Les expériences de nanofabrication et de transport seront réalisées à Grenoble dans le laboratoire Spintec.

  • Titre traduit

    Domain Wall Manipulation in Mn4N


  • Résumé

    Room-temperature spin manipulation exhibits substantial potential for becoming over the next decade the basis of an alternative information processing technology. This project belongs to this thrilling quest toward disruptive spintronics technologies. A magnetic Domain Wall (DW) is an interface, separating magnetic domains of different orientations in a ferromagnetic material. DW manipulation has been the subject of intense studies since the discovery that electrical currents can induce DW motion, which allows several memory and logic applications to be envisioned. As a key issue for the development of such memories is the power and current density needed to induce domain wall motion, which is why systems with perpendicular magnetic anisotropy have attracted increasing interest. This project consists in exploiting the potential for current-induced DW motion of a new system: ferrimagnetic Mn4N thin films. These films possess both a high perpendicular anisotropy and a very small magnetization, and are promising candidates for the study of spin-transfer torques, spin-orbit torques, and electric field control. The project combines the expertise of Tsukuba group on Mn 4N growth by molecular growth by molecular beam epitaxy, with the experience of domain wall manipulation in the Grenoble group. A first series of preliminary experiments have been realized through a joint PhD (Toshiki Gushi), paid by Tsukuba University. The collaboration has demonstrated that STO substrates allows obtaining a much sharper hysteresis loops, with incredibly smooth and long domain walls, in the mm range rather in the usual submicronic range. The first estimation of the spin transfer torque efficiency is found to be very high. We plan to investigate the role of the Rashba STO/Mn4N interface, using spin pumping and thinner samples. Moreover, the STO might allow tuning the properties of the Rashba STO/Mn4N interface, and thus of spin-orbit effects, using a gate voltage. This will be studied using both spin-orbit torques experiments on domain walls and spin-pumping methods on thin films. The deposit of the films will be realized in Tsukuba. The PhD student will spent around half his PhD in Tsukuba, depositing, characterizing and optimizing the samples. The nanofabrication and transport experiments will be done in Grenoble in Spintec laboratory.