L'insulatronique de spin vise à mettre au point des technologies d'information et de communication efficaces sur le plan énergétique, basées sur le spin pur, en tirant parti des excitations de spin à faible dissipation (magnons) dans les isolants magnétiques. Dans cette thèse, nous avons étudié les caractéristiques fondamentales de la transconductance des magnons dans les films minces de grenat magnétique étendues excités par les effets de transfert de spin. Nous utilisons des dispositifs composés de deux fils de Pt étroits agissant comme émetteur et collecteur de magnons respectivement. La géneration et la détection électrique des magnons sont rendues possible grâce à l'effet Hall de spin respectivement direct et inverse. Comme toutes les experiences sont effectuées sans source haute fréquence ni analyseur de réseau, ell est compatible avec les circuits CMOS classiques. La caractéristique remarquable est une conduction asymétrique de type diode en fonction de la direction du courant dans l'émetteur qui provient de la population de magnons de faible énergie à GHz résidant au bas de la dispersion des magnons. Les propriétés de transport présentent 3 régimes distincts : i) à faible courant, où la conduction est linéaire avec le courant électrique injecté, le transport est balistique et déterminé par l'épaisseur du film ; ii) pour des amplitudes de l'ordre du seuil de compensation de l'amortissement, il passe à un régime hautement corrélé limité par le processus de relaxation magnon-magnon et marqué par une saturation de la transconductance des magnons. Ici, le principal biais, qui contrôle la densité de magnons, sont les fluctuations thermiques sous l'émetteur. iii) Lorsque la température sous l'émetteur approche de la température de Curie, la conduction tombe alor zéro. La transconductance comporte la contribution des magnons avec une large gamme d'énergie, qui peut être considérée comme un transport à deux fluides : i) une partie des magnons à haute énergie thermique (THz), possédant une longueur de décroissance caractéristique dans gamme sub-microns, et ii) une partie des magnons à basse énergie, possédant une longueur de décroissance caractéristique dans gamme microns. Ces caractéristiques de transport distinctes permettent de filtrer la partie à haute énergie et d'exploiter la fonctionnalité de la partie à basse énergie. En particulier, cette dernière peut devenir le fluide dominant i) à une grande intensité d'injection pour être dans le régime de l'effet de diode de spin, ii) à une grande distance de l'émetteur, iii) à une petite épaisseur de film ou iv) pour un décalage de bande réduit dû au changement de température entre le YIG sous l'émetteur. Sur la base des connaissances acquises, nous avons cherché à augmenter leur capacité en contrôlant le transport avec une électrode supplémentaire. Nous avons démontré l'amplification du transport des magnons de faible énergie en chauffant localement le collecteur dans un YIG dopé au Bi, qui présente une anisotropie perpendiculaire uniaxiale supprimant les effets de champ démagnétisation. La conduction est améliorée par un facteur de 3,4 en chauffant de 77 K, et il semble qu'une grande population initiale de magnons de faible énergie soit importante, ce qui indique qu'une rôle des ondes cohérentes autour de la fréquence de Kittel. Les simulations micromagnétiques montrent la formation d'une onde stationnaire lorsque l'on reduit localement l'aimantation, imitant le chauffage local. Cela implique que le gradient local peut agir comme un miroir pour les magnons. Dans l'ensemble, ces travaux fournissent des idées des choix de matériaux et de dispositifs appropriés pour exploiter les magnons de faible énergie et peuvent contribuer à la réalisation de circuits insulatroniques. Ils ouvrent également des perspectives sur la dynamique couplée magnon-phonon et sur les comportements hydrodynamiques des magnons.

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https://www.spintec.fr/phd-defense-non-local-magnon-transconductance-in-extended-magnetic-insulating-films/

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