Gate voltage control of magnetic skyrmions

Skyrmion magnétiques contrôlés par une tension de grille Les skyrmions sont des textures magnétiques chirales qui présentent de nombreuses propriétés remarquables : ils peuvent être de taille nanométrique, ils sont stables à température ambiante, nous pouvons les créer et les annihiler à l'aide d'une tension de grille et ils peuvent être déplacés efficacement à l'aide d'un courant électrique. Ces propriétés font des skyrmions des candidats prometteurs pour de nombreuses applications telles que les mémoires à piste magnétique contenant des skyrmions, les dispositifs logiques basés sur les skyrmions ou le calcul neuromorphique.La mise en œuvre de ces technologies nécessite toutefois un contrôle précis de la création, de la stabilité et du déplacement sous courant des skyrmions. Des études récentes ont montré qu’une tension de grille peut non seulement créer ou supprimer des skyrmions, mais également moduler l'interaction Dzyaloshinskii-Moriya (DMI), un facteur clé responsable de leur stabilisation et de leur chiralité, c'est-à-dire du sens de rotation des spins dans la paroi de domaine du skyrmion.Durant cette thèse, nous avons étudié l'évolution de la chiralité de la DMI en fonction des paramètres matériaux dans un système tricouche Ta/FeCoB/TaOx, les deux couches supérieures étant déposées avec un gradient d’épaisseur (épaisseur de FeCoB et degré d’oxydation de TaOx) afin de moduler progressivement les propriétés magnétiques. De plus, ayant pour objectif de mieux comprendre l'interaction à l'origine de la stabilisation des skyrmions, nous avons découvert, en utilisant des calculs ab initio, un nouveau mécanisme pouvant expliquer l'inversion de la chiralité de la DMI en fonction de l'épaisseur de la couche ferromagnétique, liée à une relaxation structurelle dans le régime ultra-mince.Par ailleurs, nous avons étudié le contrôle de la chiralité des skyrmions par tension de grille, avec pour objectif la manipulation et la détection d'un skyrmion unique. La stabilisation des parois de domaine dans des pistes lithographiées et leur contrôle par la tension de la grille ont ainsi été réalisés. Ces pistes ont ainsi été utilisées pour confiner les skyrmions.Enfin, pour mieux comprendre la dynamique des skyrmions sous l'effet de courants électriques, des simulations micromagnétiques ont été menées à différentes densités de courant (10^10 A/m^2 - 10^11 A/m^2). Celles-ci ont révélé que sous fort courant, le type de skyrmion (Néel, Bloch ou intermédiaire) peut évoluer dynamiquement, modifiant sa trajectoire. Ainsi, des skyrmions initialement de type Bloch peuvent se comporter dynamiquement comme des skyrmions de Néel. Cette observation est importante, car l’analyse du mouvement est souvent utilisée comme critère indirect pour déterminer la nature du skyrmion.