Faire face à la demande toujours croissante de stockage de données et de calcul rapide dans une société qui doit tendre vers la sobriété énergétique est un défi difficile à relever pour la microélectronique. À cet égard, la spintronique se présente comme l'alternative la plus prometteuse pour complémenter l'électronique standard. Comme son nom l'indique, la spintronique utilise le spin des électrons en plus de leur charge électrique pour stocker et traiter les informations à l'échelle nanométrique. L'application de la spintronique au traitement de l'information est un sujet en pleine expansion, pour lequel le skyrmion magnétique est un candidat prometteur. Il s'agit d'un objet magnétique circulaire de taille nanométrique envisagé comme le futur porteur d'information dans les dispositifs spintroniques. Dans un skyrmion, l'aimantation tourne dans une direction fixe, définissant sa chiralité (horaire ou anti-horaire), fixée par le signe de l'interaction interfaciale dite de Dzyaloshinskii-Moriya (iDMI). L'iDMI est présente en particulier dans les tricouches magnétiques ultraminces composées de métal-lourd/ferromagnétique/oxyde métallique (HM/FM/MOx). Dans ces matériaux, un contrôle précis, local et dynamique de l'iDMI est encore à démontrer pour un contrôle efficace des propriétés du skyrmion. Dans ce travail de thèse, je rapporte l'observation expérimentale de deux méthodes distinctes pour contrôler l'amplitude de l'iDMI et, plus important encore, son signe. D'une part, je montre que le signe de l'iDMI dépend des paramètres matériau. Dans une tricouche Ta/FeCoB/TaOx, nous avons montré que le signe de l'IDMI peut être inverser avec une modulation de l'épaisseur de FeCoB ou de l'état d'oxidation à l'interface FeCoB/TaOx. De plus, l'inversion du signe de l'iDMI s'accompagne d'une inversion de la chiralité des skyrmions, comme le confirme de changement de direction des skyrmions mis en mouvement par un courant électrique. D'autre part, nous montrons pour la première fois que le signe de l'iDMI peut être inversé avec une tension de grille, conduisant à un contrôle local et dynamique de la chiralité du skyrmion. Nous attribuons cela à des effets migration ioniques qui modifient l'état d'oxidation d'interface, dont le signe de l'iDMI dépend. Enfin, grâce à des simulations micromagnétiques et des modèles analytiques, nous avons réalisé une étude plus approfondie qui montre qu'un contrôle fin de l'amplitude et du signe de l'iDMI permet d'ajuster (i) la structure d'équilibre du skyrmion et (ii) ses propriétés dynamiques, comme l'angle de sa trajectoire sous courant injecté, permettant notamment de supprimer l'effet Hall skyrmionique, indésirable pour les applications. La réalisation expérimentale d'un tel contrôle fin des propriétés du skyrmion ouvrirait la voie à des dispositifs spintroniques tout électriques, économes en énergie et à des portes logiques multidirectionnelles.

https://www.spintec.fr/phd-defense-gate-voltage-control-of-magnetic-skyrmions-for-spintronic-applications/

To room 445 needs CEA pass. To obtain a pass, contact admin.spintec@cea.fr sufficiently early (before January 04th).