Non-local magnon transconductance in extended magnetic insulating films

Transconductance non locale des magnons dans couches d'isolants magnétiques étendues L'insulatronique de spin est un nouveau domaine de recherche, qui vise à exploiter les isolants électriques comme média pour le transport de pur courant de spin, dans le but de développer des composants électroniques plus efficaces sur le plan énergétique. La vision est de remplacer les électrons délocalisés présents dans les matériaux métalliques par des ondes de spin propagatives, qui transportent le spin sans aucune dissipation ohmique. Dans cette thèse, nous étudions les principes fondamentaux de l'excitation et de la propagation des magnons dans des films minces d'isolants magnétiques étendus. Nous concentrons notre étude sur la transconductance des magnons dans les films minces de grenat magnétique excités par des effets de transfert de spin (couple de transfert de spin par un fil de Pt adjacent grâce à l'effet Hall de spin) en utilisant des dispositifs constitués de deux fils de Pt déposés sur les films agissant respectivement comme émetteur et collecteur de magnons.L'absence de dissipation par effet Joule confère généralement aux matériaux isolants un très faible amortissement magnétique, qui est associé à une forte propension des magnons à se comporter de manière non-linéaire. Cet effet peut être exploité pour des diodes de spin, des amplificateurs de spin ou des redresseurs de spin de signaux micro-ondes. Nous analysons l'origine de cet effet qui introduit une asymétrie des propriétés de transport. En effet, la variation de la densité d'excitations de spin de basse énergie via un déplacement électrique du potentiel chimique de magnon est responsable. Les propriétés de transport des magnons à basse énergie passent par trois régimes distincts :i) à faible courant, où le courant de spin est une fonction linéaire du courant électrique, le transport de spin 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 par le processus de relaxation magnon-magnon. :iii) Lorsque la température sous l'émetteur approche la température de Curie, la diffusion avec des magnons à hautes énergies domine, ce qui conduit à un transport diffusif. Nous notons qu'une telle séquence de différents régimes de transport est analogue au transport hydrodynamique des électrons dans les milieux ultra-purs.Cependant, le transconductance des magnons est portée par une excitation de spin couvrant une large gamme d'énergie. On montrera que cette image peut être simplifiée de façon drastique dans un modèle à deux fluides qui ne prend en compte que les magnons aux deux extrémités du spectre d'énergie : i) une grande partie des magnons de haute énergie, proche de l'énergie thermique, avec une longueur caractéristique de propagation dans la gamme sub-micronique, et ii) une petite partie des magnons de basse énergie, avec une longueur caractéristique de propagation dans la gamme micronique. Ces caractéristiques de transport distinctes permettent de filtrer les magnons et d'exploiter les fonctionnalités spécifiques aux magnons à basse énergie.Sur la base de ces connaissances, nous cherchons de nouvelles fonctionnalités en contrôlant le transport avec une électrode supplémentaire. Nous démontrons l'amplification de la part du transport porté par les magnons de basse énergie en chauffant localement le collecteur. La conduction peut être améliorée d'un facteur 4 environ en chauffant le collecteur. Les simulations micromagnétiques révèlent la formation d'ondes stationnaires entre les deux fils de Pt, suggérant que le gradient de magnétisation local peut agir comme un miroir pour les magnons de basse énergie.Dans l'ensemble, nous nous persuadons que ce travail de thèse contribue à améliorer la compréhension des transports de magnons induits par les effets de transfert de spin dans les géométries étendues. A long terme, cela contribuera au développement de circuits insulatroniques plus réalistes.