Matériaux ferrimagnétiques de synthèse à base d'iridium pour l'électronique de spin

Iridium-based synthetic ferrimagnets for spintronics

• Auteur / Autrice : Thibaud Fache
• Direction : Stéphane Mangin, Sébastien Petit-Watelot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 02/03/2020
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale C2MP - Chimie mécanique matériaux physique (Lorraine)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Lamour (Nancy ; Vandoeuvre-lès-Nancy ; Metz)
• Jury : Président / Présidente : Michel Viret
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Mangin, Sébastien Petit-Watelot, Liza Herrera Diez, Claire Baraduc, Pietro Gambardella
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Liza Herrera Diez, Claire Baraduc

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de spin

Iridium

Matériaux ferrimagnétiques

Ordinateurs -- Mémoires magnétiques

Spintronique

Mots clés libres

Couple de spin orbite

Mémoires magnétiques racetrack

Nanomagnétisme

Couches minces

Iridium

Électronique de spin

Spin orbit torque

Magnetic racetrack memory

Nanomagnetism

Thin films

Iridium

Spintronics

Résumé

Les matériaux ferrimagnétiques de synthèse à aimantation perpendiculaire ont été étudiés extensivement lors de la dernière décennie. Leurs propriétés d’électronique de spin, notamment en ce qui concerne les propagations de parois magnétiques par l’injection d’un courant, en font des candidats idéaux pour les applications de mémoires magnétiques de type racetrack. Du fait de propriétés remarquables concernant d’une part la génération et le transport de courant de spin par couple de spin orbite, et d’autre part le couplage d’échange de type RKKY, l’iridium est un excellent candidat en tant que matériau de spacer pour les matériaux ferrimagnétiques de synthèse. Dans ce manuscrit, nous étudions des multicouches ferrimagnétiques de synthèse composées de deux couches de cobalt séparées par un spacer d’iridium. Nous présentons d’une part l’optimisation de la croissance de tels matériaux, de sorte à obtenir un système modèle en vue d’applications pour des « racetrack memories ». Nous maximisons ainsi le couplage d’échange antiferromagnétique entre les couches de cobalt et l’aimantation à rémanence. D’autre part, nous étudions les propriétés de transport de spin de l’iridium grâce à des méthodes de résonance magnétique par pompage en spin. Nous en concluons que les matériaux ferrimagnétiques de synthèse à base d’iridium sont des systèmes modèles pour la fabrication de « racetrack memories ».

Synthetic ferrimagnets with perpendicular magnetic anisotropy have been studied extensively in the past decades. Their outstanding properties in terms of spintronics, especially concerning the current-induced magnetic domain wall propagation lead us to contemplate them as promising candidates as materials for magnetic racetrack memories. Besides, considering the remarkable properties of iridium concerning the transport and the generation of pure spin currents by means of spin orbit torque, as well as its large RKKY coupling properties, this material seems to be an excellent material as a spacer for synthetic ferrimagnets. In this manuscript, we study magnetic multilayers composed of two magnetic layers of cobalt separated by an iridium spacer. We optimise the growth of these multilayers by choosing the most adequate thicknesses, so as to obtain a model system for racetrack memories applications. Thus, we maximise the antiferromagnetic exchange between the cobalt layers, and the remanence magnetisation. Besides, we study the spin current generation and transport properties of iridium by spin pumping ferromagnetic resonance means. We draw the conclusion that iridium-based synthetic ferrimagnets can be considered as model systems for racetrack memory technology.