Magnetic skyrmions in multilayers : control of their current induced nucleation and motion

Skyrmions magnétiques dans des multicouches : contrôle de leur nucléation et déplacement induits par courant électrique Les skyrmions magnétiques sont des textures de spin stabilisées grâce à l'interaction Dzyaloshinskii-Moriya. Cette interaction chirale favorise un enroulement particulier de l'aimantation et leur confère des propriétés intéressantes. Ils se comportent par exemple comme des particules et possèdent une topologie différente de l'état d'aimantation uniforme. Depuis les premières observations en 2011, les skyrmions ont fait l'objet d'études approfondies en raison de leur potentiel pour des applications futures, telles que la "racetrack memory". Cette thèse se concentre sur les skyrmions Néel, un type particulier de skyrmions, qui peuvent être stabilisés dans des multicouches magnétiques. En commençant par l'étude des différentes interactions magnétiques, il a été possible de définir des épaisseurs critiques qui régissent leur formation et de proposer un empilement optimisé pour les observer expérimentalement. Nous avons ensuite étudié leur nucléation, induite par impulsions de courant électrique dans divers dispositifs, par exemple grâce à l'insertion de constrictions sur les bords des pistes. Le cas des skyrmions dans des multicouches formant un antiferromagnétique synthétique, soit deux skyrmions de polarité opposée couplés ensemble, est également abordé par le biais d'une ingénierie des différentes épaisseurs des matériaux conduisant à leur stabilisation dans des multicouches à anisotropie variable. Dans le but de les intégrer dans des technologies futures, leur dynamique induite par courant électrique a aussi été étudiée avec l'optimisation des couples de spin afin d'améliorer leur mobilité. Cette étude a conduit à des systèmes dans lesquels les skyrmions sont plus rapides que les parois de domaine, ce qui est intéressant dans le but d'explorer comment ces deux objets interagissent l'un avec l'autre. Ce résultat est notamment attribué à la présence d'un fort couple field-like. Enfin, la question de leur fiabilité est abordée avec l'observation de leur déplacement sur plusieurs dizaines de micromètres et avec une discussion sur l'utilisation des mécanismes de répulsions skyrmion-skyrmion et skyrmion-paroi (de domaines) pour améliorer leur dynamique. Le déplacement des skyrmions le long de domaines magnétiques ouvre notamment de nouvelles possibilités concernant le contrôle de leur trajectoire et pourrait conduire à de nouvelles perspectives concernant les dispositifs visant à utiliser les skyrmions pour faire des portes logiques.