Heusler compounds for magnonic and spintronic applications

Alliages d'Heusler pour la réalisation de dispositifs magnoniques et spintroniques Cette thèse explore le potentiel des composés de Heusler à base de Co₂Mn pour combler le fossé entre les applications magnoniques non linéaires et spintroniques, en mettant particulièrement l'accent sur le Co₂MnSi demi-métallique. L'objectif global place ce travail au cœur des efforts de recherche de pointe visant à relever les défis sociétaux actuels liés à la croissance de l'IA et à l'explosion de la demande en approches informatiques non conventionnelles qui en résulte. Le magnétisme, et plus particulièrement la magnonique et de la spintronique, offre un potentiel clé pour l'informatique non conventionnelle: La non-linéarité intrinsèque de la dynamique de l'aimantation ouvre de vastes possibilités pour des dispositifs dépassant naturellement les capacités de la technologie CMOS conventionnelle. La recherche en magnonique est centrée sur les ondes de spin, les excitations collectives d'un système magnétique ordonné. Les applications spintroniques utilisent le transport d'électrons dépendant du spin sous forme de courants de spin (polarisés) et son interaction avec l'aimantation d'un matériau. Récemment, des communautés des deux domaines se sont orientées vers l'exploitation de la non-linéarité intrinsèque, notamment dans le sens des ondes de spin non-linéaires en magnonique et de la dynamique non-linéaire des oscillateurs spintroniques. Les domaines s'entremêlent de plus en plus et de nombreuses avancées prometteuses visent à combiner « le meilleur des deux mondes ». Ceci s'accompagne de quelques défis et questions ouvertes à résoudre. Notamment, le concept de polarisation de spin et ses implications au transport de spin magnonique devient important, ce qui est particulièrement d'actualité compte tenu de l'intérêt croissant pour la polarisation de spin dans l'altermagnétisme et ses implications fondamentales. Les demi-métaux, matériaux magnétiques présentant une polarisation de spin totale, sont un système modèle idéal, intrinsèquement situé à l'intersection de la magnonique et la spintronique. En particulier, le composé de Heusler Co₂MnSi offre un grand potentiel pour des applications non linéaires combinant des paramètres clés souhaitables avec une polarisation de spin de 100%, ainsi qu'une aimantation élevée et un amortissement magnétique record-bas. Cependant, si des recherches ont été menées dans le domaine de la spintronique, celles portant sur la magnonique sont encore rares. Dans ce contexte, cette thèse est consacrée à l'évaluation du composé Co₂MnSi pour une exploitation dans des applications magnoniques et spintroniques non linéaires. À cette fin, plusieurs aspects clés sont abordés, qui aboutissent à des conclusions majeures : - Des puissances de seuil non-linéaires les plus basses jamais reporté sont obtenues dans un dispositif microscopique de Co₂MnSi avec une demi-métallicité vérifiée expérimentalement. - Une signature significative du décalage de fréquence non-linéaire auto-induit est observée et peut permettre un comportement d'auto-amélioration/auto-limitation sélectif en fréquence, très recherché dans les circuits neuromorphiques. - La fabrication des dispositifs sans défaut préservant un ordre chimique parfait a été réalisée, démontrant la réussite de la structuration jusqu'aux plus petites tailles prévues de 50nm de largeur. - Une anisotropie cubique significative a été déterminée, définissant non seulement les plages d'instabilité non-linéaire, mais indiquant également un terme d'ordre deux significatif avec une empreinte particulière sur les caractéristiques des ondes de spin. Grâce à ces découvertes majeures, la thèse consolide le potentiel du composé demi-métallique Heusler Co₂MnSi en tant que système modèle, même à l'échelle nanoscopique. De plus, les résultats ouvrent la voie à une exploitation dans des applications hybrides magnoniques et spintroniques, et esquissent plusieurs perspectives prometteuses pour les travaux futurs dans ce nouveau domaine de la magnonique demi-métallique.