croissance et contrôle de couches minces magnétiques à base de YIG pour des applications dans les technologies de l'information

par Aya El kanj

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Abdelmadjid Anane.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de Physique en Ile de France , en partenariat avec Unité Mixte de Physique CNRS/Thalès (laboratoire) et de Faculté des sciences d'Orsay (référent) depuis le 01-09-2020 .


  • Résumé

    Le grenat de fer à l'yttrium (YIG) est le matériau magnétique isolant par excellence pour les effets magnétiques dynamiques et magnétooptiques. Son faible amortissement magnétique, généralement d'un ordre de grandeur inférieur à celui des métaux. Il est maintenant possible d'intégrer le YIG dans des dispositifs spintroniques et de contrôler son état magnétique à l'aide de couples de spin-orbit. En parallèle, la commutation tout optique des matériaux ferromagnétiques a été réalisée et devrait devenir une méthode innovante pour le contrôle de l'état magnétique. Les pré-requis dans les deux approches étant la capacité de faire croître des films ultra-minces avec les propriétés magnétiques adéquates : amortissement Gilbert, anisotropie magnétique. A l'Unité Mixte CNRS-Thales, la croissance est réalisée par dépôt laser pulsé (PLD). Au cours des dernières années, des découvertes fondamentales ont été faites, établissant l'état de l'art dans ce domaine. En particulier, la possibilité d'associer un faible amortissement et une grande rotation de Faraday par substitution du bismuth ouvre la voie à une dynamique induite par la lumière en utilisant l'effet Faraday direct. Le projet de thèse se concentrera sur la croissance des grenats magnétiques et sur l'étude des effets de la combinaison des effets spinorbite et des effets magnéto-optiques directs sur les propriétés magnétiques statiques et dynamiques. La diffusion de la lumière Brillouin et le couple Faraday direct combinés aux couples spin-orbite seront utilisés pour fabriquer des prototypes pour les technologies de traitement de l'information, y compris le traitement du signal et les applications de mémoire. Ce doctorat aura lieu dans le cadre du réseau européen de formation innovante (ITN) COMRAD. Une partie du travail de doctorat sera effectuée en collaboration avec d'autres groupes du réseau ITN par le biais de courts détachements. Le.a doctorant.e sera également responsable de certaines étapes de la fabrication des échantillons, notamment en appliquant les techniques de nanolithographie aux hétérostructures fabriquées. L'étudiant.e effectuera des mesures de magnétotransport (CA et CC), des caractérisations magnéto-optiques et l'interprétation des résultats, le tout en étroite collaboration avec les chercheurs postdoctoraux et les scientifiques de l'équipe.

  • Titre traduit

    Growth and Control of Yttrium Garnets ultra-thin nano-elements for information technologies applications


  • Résumé

    Yttrium iron garnet is the hallmark insulating magnetic material for magnetization dynamic and magneto-optical effects. Its low magnetic damping, typically an order magnitude smaller than that of ferromagnetic metals allow for long living magnetic oscillation due to a very low coupling of the magnetic degrees of freedom to phonons. With the emergence of spin-orbitronics physics it is now possible to integrate YIG in spintronic devices and to control its magnetic state using spin-orbit torques. In parallel, all-optical switching of ferromagnetic materials have been achieved and is expected to become an innovative method formagnetic state control. The pre-request in both approaches being the ability to grow ultra-thin films with the adequate magnetic properties: Gilbert damping, magnetic anisotropy. At Thales-RT, in the Unité Mixte CNRS-Thales laboratory, growth is performed using pulsed laser deposition (PLD). During the last few years fundamental discoveries has been made setting the state of the art in the field. In particular the ability to associate low damping and large faraday rotation through Bismuth substitution open the route for light induced dynamic using the direct Faraday effect. The thesis project will focus on integrating ultrathin magnetic garnets in spintronic devices and on studying the effects of combinatory spinorbit and direct-magneto-optical effects on their static and dynamical magnetic properties. Brillouin light scattering and direct Faraday torque combined with spin-orbit-torques will be used to construct prototypal proof-of-concepts for information processing technologies, including signal processing and memory applications. The PhD student will also be in charge of some of the sample fabrication steps, in particular by applying nano-lithography techniques to the grown heterostructures. The student will perform magnetotransport (ac and dc) measurements, magneto-optical characterizations and the interpretation of the results, all of it working in close collaboration with postdoctoral researchers and staff scientists.