Etude de la dynamique des parois de domaines dans les nano-systèmes ferromagnétiques

Study of domain wall dynamics in ferromagnetic nano-systems

• Auteur / Autrice : Adrien Pivano-Danand
• Direction : Mikhail Ivanovich Kuzʹmin, Anatoli Stepanov, Voicu Octavian Dolocan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et sciences de la matière. Physique de la matière condensée
• Date : Soutenance le 29/09/2017
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (Marseille ; Toulon ; 2008-….)
• Jury : Président / Présidente : Riccardo Hertel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lisa Michez, Gilles Micolau
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Eduardo Martinez Vecino

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résonance ferromagnétique

Systèmes autonomes en énergie

Nanosystèmes électromécaniques

Domaines magnétiques

Dynamique des fluides

Matière condensée

Mots clés libres

Parois de domaines

Micromagnétisme

Ferromagnétisme

Dynamique non linéaire

Nano-Systèmes

Domain walls

Micromagnetism

Ferromagnetism

Nonlinear dynamics

Nano-Systems

Résumé

L'étude de la dynamique des parois de domaines dans les nano-systèmes ferromagnétiques est cruciale pour le développement des dispositifs de stockage de l'information basés sur le déplacement et le contrôle des parois. Ces dispositifs ont plusieurs avantages : non-volatilité, rapidité d'exécution, haute densité de stockage, et faible consommation de l'énergie. En utilisant des méthodes micro-magnétiques et analytiques, nous avons constaté que l'interaction entre deux parois affectait les processus de dépiégeage sous champ magnétique, dans des nanofils en nickel à géométrie cylindrique et planaire. Nous avons mis en évidence des comportements non linéaires de la dynamique d'une paroi piégée, qui varient selon le matériau et le type de piège utilisé. Les diagrammes de phases représentant l'exposant de Lyapunov ont permis la distinction entre des zones chaotiques et périodiques, en fonction de la fréquence et de l'amplitude d'une excitation harmonique. Nous avons présenté des résultats sur la manipulation précise d'une paroi transverse sous impulsions de courant dans un nanofil planaire en nickel, structuré par une multitude de défauts artificiels. Nous avons montré que le positionnement exact de la paroi à température ambiante est possible uniquement pour des impulsions symétriques de très courte durée. Des effets inertiels pouvant s'opposer au couple de transfert de spin, ou au contraire l'amplifier ont été observés. Ces derniers résultats ouvrent une route vers le déplacement des parois dans les deux directions par des impulsions unipolaires de courant.

The study of the domain wall dynamics in ferromagnetic nano-systems is crucial for the developement of data-storage devices based on control and displacement of the domain walls. These devices have several advantages : non-volatility, fast execution time, high density, and low power consumption. Using micromagnetics and analytical methods, we have shown that the interaction between two domain walls influences the depinning process under magnetic field, in cylindrical and planar shaped nickel nanowires. We highlighted the nonlinear behaviour of the dynamics of a pinned domain wall, which varies with the material properties and the type of the pinning sites. The Lyapunov phase diagrams display chaotic and periodic regions function of the amplitude and frequency of a harmonic excitation. We have also presented results about the precise manipulation of transverse domain walls by current pulses in a nickel planar nanowire with artificial defects. We have shown that exact positioning of the domain walls at room temperature is possible only for very short symmetric current pulses. We observed inertial effects which can oppose or amplify the spin transfert torque effect. These results open a route to domain wall displacement in both directions with unipolar current pulses.