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Agenda


Soutenance de thèse

Manipulation de parois de domaine dans les nitrures ferrimagnétiques anti-pérovskites

Lundi 04 juillet 2022 à 9:30, Salle de séminaire 445, bat.1005, CEA Grenoble (accès réservé aux porteurs d'un badge)

Publié le 4 juillet 2022
Sambit GHOSH
Spintronique et Technologie des Composants, Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble
Les frontières entre les domaines magnétiques sont appelées parois de domaine (DW). Le mouvement de ces parois à l'aide de champs magnétiques ou de courants polarisés en spin a été l'un des principaux axes de recherche en spintronique des deux dernières décennies. Un mécanisme conduisant au mouvement de paroi sous courant est le couple de transfert de spin, où le courant polarisé en spin est généré dans la couche ferromagnétique. L'autre mécanisme est le couple spin-orbite, aujourd’hui largement utilisé, et où le courant polarisé en spin est généré par une couche adjacente de matériau spin-orbite. Récemment, le contrôle de l'aimantation par injection de courant dans les matériaux ferrimagnétiques est devenu un important domaine de recherche. La compensation magnétique et/ou de moment cinétique peut être obtenue en modifiant la température ou en modifiant la composition des matériaux. Comme l'aimantation qui doit être renversée est faible près de ces points, des études récentes ont mis en évidence de grandes vitesses de DW sous l'action de couples spin-orbite. Dans ce manuscrit, nous traitons de la propagation des parois de domaine sous l’effet d’un couple de transfert de spin dans un nitrure ferrimagnétique épitaxié, le nitrure de manganèse (Mn4N). Nous montrons que les couches minces de Mn4N développées par épitaxie sur un substrat de SrTiO3 ont une très faible aimantation, et des domaines à l'échelle millimétrique avec un ancrage très faible. Dans ce système, le mouvement des parois de domaine a été étudié en fabriquant des nanofils par lithographie. En utilisant des mesures d’effet Kerr magnéto-optiques, nous avons mesuré des vitesses de paroi de plus de 900 m/s dans Mn4N à J = 1.3 TA/sq.m, à température ambiante, et avec seulement un couple de transfert de spin. Afin d'atteindre le point de compensation, différents échantillons ont été épitaxiés par substitution de Ni. Des mesures de dichroïsme circulaire magnétique aux rayons X(XMCD) ont montré que les atomes de Ni occupent préférentiellement le site du coin à Mn4N. Puisque le moment magnétique porté par les atomes de Ni est anti-parallèle à celui des Mn de coin, l'augmentation de la teneur en Ni diminue le moment magnétique net. Au-delà d'une concentration critique en Ni, l'aimantation nette devrait alors s'inverser. En utilisant les valeurs des mesures de diffraction des neutrons, le point de compensation magnétique attendu se situe autour de 3.6 % de Ni. La présence du point de compensation magnétique autour de cette concentration est confirmée par des mesures de XMCD et d'effet Hall anormal. Les vitesses de la paroi augmentent à mesure que la concentration de Ni se rapproche du point de compensation, avec une vitesse atteignant 2000 m/s avant le point de compensation et approchant 3000 m/s après avoir traversé le point de compensation. Nous avons également observé une inversion de la direction du mouvement de la paroi au-delà du point de compensation. Afin d'expliquer ces résultats, nous avons utilisé le modèle q – ϕ. Si l'on suppose que la polarisation de spin ne change pas après le point de compensation du moment cinétique, l'inversion du mouvement de la paroi du domaine est due à un changement relatif d'orientation de la polarisation de spin nette par rapport à l'aimantation globale. Pour confirmer la validité de ces hypothèses, des calculs ab-initio ont été effectués, montrant que l'aimantation nette est inversée à la concentration de Ni x = 0.15, ce qui correspond bien à nos résultats expérimentaux. Les simulations confirment que la conduction électrique à lieu principalement sur les atomes de centres de faces , et qu’à la transition la polarisation du spin reste dans la même direction alors que la direction de l'aimantation nette est inversée. Les matériaux étudiés, composés d'éléments abondants, et exempts d'éléments critiques comme les terres rares et les métaux lourds, sont ainsi des candidats prometteurs pour des applications de spintronique durable.