Textures de spin topologiques non-conventionnelles pour la spintronique

Ce sujet de thèse porte sur l’étude des textures de spin topologiques non-conventionnelles présentes dans des matériaux antiferromagnétiques en couches minces.

Dans le domaine de la spintronique, les corrélations de spin ont suscité une attention considérable, facilitant ainsi les progrès en physique fondamentale et le développement de nouvelles applications. Certains effets comme par exemple l’effet Hall topologique sont liés à l’arrangement local spécifique des moments magnétiques, et seuls quelques matériaux en sont dotés. C’est le cas des antiferromagnétiques et plus particulièrement des effets spintroniques dus à la présence de skyrmions dans les antiferromagnétiques. Comme ils n’ont pas d’aimantation nette, la nucléation des skyrmions antiferromagnétiques est cependant difficile et demeure le verrou à lever pour pouvoir bénéficier de tous leurs avantages.

L’enjeu de cette thèse est de comprendre et de prédire, par la simulation, comment nucléer, stabiliser, puis exciter et détecter des skyrmions dans des couches minces antiferromagnétiques, par le biais des effets spintroniques qui leurs sont propres, puis de démontrer la preuve de concept expérimentalement, par le biais de la réalisation d’empilements magnétiques et d’expériences ad hoc.

Une des particularités du projet proposé qui combine simulations et expériences réside dans :

1. le choix préalable de la méthode de nucléation des skyrmions dans l’antiferromagnétique qui consiste à imprimer les textures à partir d’un ferromagnétique

2. le choix de la simulation atomistique en lien direct avec les développeurs d’un des codes de simulation les plus puissants dans ce domaine

3. un environnement expérimental privilégié pour les échanges théorie-expérience afin de tester mutuellement les idées et les résultats

Ce projet répond au besoin de connaissances et de conceptions nouvelles pour mieux appréhender de nouvelles phases topologiques et les effets associés. Une telle étude constitue par ailleurs un prérequis indispensable au développement de nouveaux composants compatibles avec les dispositifs spintronique puisqu’il ambitionne de lever le principal verrou pour bénéficier des nombreux avantages des skyrmions antiferromagnétiques.

SPINTEC est un acteur fort à la fois dans les skyrmions ferromagnétiques, et la spintronique antiferromagnétique, à la croisée desquels se situe ce sujet. Ce travail s’appuiera sur les résultats préliminaires expérimentaux et de simulation obtenus entre SPINTEC et YORK au Royaume-Uni, spécialiste des simulations atomistiques.

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