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Sujet de stage / Master 2 Internship

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Dynamique de l'aimantation dans des nanostructures magnétiques

Spécialité : PHYSIQUE / Physique de la matière condensée

Contact : DE-LOUBENS Gregoire,
e-Mail : gregoire.deloubens@cea.fr,   Tel : +33 1 69 08 71 60
Laboratoire : SPEC/LNO

Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Durée du stage : 0-5 mois
Date limite de constitution de dossier : 25/03/2019

Résumé :
Ce stage expérimental consistera à étudier les régimes linéaires et non-linéaires de la dynamique de l'aimantation dans des nanostructures individuelles. Il s'effectuera dans le cadre d'un projet ANR dont le but est de démontrer la manipulation d'ondes de spin cohérentes et de forte amplitude dans des dispositifs combinant des concepts de la magnonique et de l'électronique de spin. Ce travail se poursuivra par une thèse financée.

Sujet détaillé :
Un des buts actuels de l'électronique de spin est de développer une technologie de l'information durable basée sur le transport de purs courants de spin. Pour cela, une approche prometteuse consiste à marier spintronique et magnonique afin d'exciter, contrôler et détecter des ondes de spin, ou leurs quanta nommés magnons, de fréquences et longueurs d'ondes caractéristiques du gigahertz au térahertz et du micromètre au nanomètre, respectivement [1]. Dans ce contexte, le YIG, un grenat d'yttrium fer ferrimagnétique isolant, est un matériau de choix car le temps de vie des ondes de spin y est particulièrement long. En outre, ce dernier peut être contrôlé par un courant électrique injecté dans une couche de platine adjacente grâce au couple de transfert de spin [2,3]. Ce couple d'origine spin-orbite permet également de générer des auto-oscillations de l'aimantation [4]. Il est maintenant crucial de comprendre et contrôler les propriétés non-linéaires de ces dispositifs hybrides. Celles-ci découlent directement de l'équation du mouvement de l'aimantation et sont au cœur de leur fonctionnement puisqu'elles gouvernent le type de dynamique généré par le couple spin-orbite [5,6]. Pour contrôler le spectre d'excitations et les propriétés non-linéaires, il est possible de jouer sur la nanostructuration du film magnétique [7] et sur le matériau lui-même, en particulier en contrôlant son anisotropie magnétique perpendiculaire [8]. L'objet du stage sera donc de mesurer le spectre d'ondes de spin et les propriétés non-linéaires de nanostructures de YIG dopé au Bismuth. Pour cela, on s'appuiera sur un outil unique développé au laboratoire, un microscope de force à résonance magnétique (MRFM). Cette technique de champ proche très sensible utilise une sonde magnétique placée à l'extrémité d'un levier mécanique très souple pour détecter la dynamique de l'aimantation dans des nanostructures individuelles [9].

[1] A. Chumak, et al., Magnon spintronics, Nature Phys. 11, 453-461 (2015)
[2] A. Hamadeh, et al., Full Control of the Spin-Wave Damping in a Magnetic Insulator Using Spin-Orbit Torque, Phys. Rev. Lett. 113, 197203 (2014)
[3] M. Evelt, et al., High-efficiency control of spin-wave propagation in ultra-thin yttrium iron garnet by the spin-orbit torque, Appl. Phys. Lett. 108, 172406 (2016)
[4] M. Collet, et al., Generation of coherent spin-wave modes in yttrium iron garnet microdiscs by spin-orbit torque, Nature Commun. 7, 10377 (2016)
[5] V. Demidov, et al., Direct observation of dynamic modes excited in a magnetic insulator by pure spin current, Sci. Rep. 6, 32781 (2016)
[6] M. Evelt, et al., Emission of coherent propagating magnons by insulator-based spin-orbit torque oscillator, arXiv:1807.09976
[7] C. Hahn, et al., Measurement of the intrinsic damping constant in individual nanodisks of Y3Fe5O12 and Y3Fe5O12|Pt, Appl. Phys. Lett. 104, 152410 (2014)
[8] L. Soumah, et al., Ultra-low damping insulating magnetic thin films get perpendicular, Nature Commun. 9, 3355 (2018)
[9] O. Klein, et al., Ferromagnetic resonance force spectroscopy of individual submicron-size samples, Phys. Rev. B 78, 144410 (2008)
Techniques utilisées au cours du stage :
microscopie à force magnétique ; techniques hyperfréquences

Mots clés : dynamique de l'aimantation; nanomagnétisme; spintronique; magnonique

Lien vers le laboratoire
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