Strategies for the nucleation, electric control and detection of magnetic skyrmions for memory and computing applications

Stratégies de nucléation, contrôle électrique et de détection des skyrmions magnétiques pour des applications calcul et mémoire Dans le domaine de la microélectronique, la forte demande de stockage de données et de capacités de calcul rapide représente un formidable défi. Pour répondre à ces exigences, il est nécessaire d'adopter des approches innovantes. La spintronique et le nanomagnétisme, opérant à l'échelle nanométrique, apparaissent comme une alternative offrant des solutions potentielles. Dans ce contexte, le skyrmion magnétique est un candidat prometteur pour le stockage de l'information. Cette entité magnétique de forme circulaire, semblable à une particule, présente un grand potentiel. Cependant, les premières observations de skyrmions magnétiques dans des matériaux ferromagnétiques ont révélé certaines limitations concernant la stabilisation, la manipulation et la détection électrique qui doivent être résolues afin de libérer tout leur potentiel dans les applications futures. Cette thèse s'attaque à ces différents défis, en proposant des stratégies pour stabiliser les skyrmions en utilisant des systèmes de matériaux alternatifs. Une première proposition consiste à utiliser des antiferromagnétiques synthétiques. Ici, nous avons effectué des observations de l'évolution dans le temps de la nucléation des skyrmions, qui offrent des aperçus sur les processus qui gouvernent la nucléation de ces entités magnétiques. En outre, nous avons étudié l'influence des rayons X sur un système de matériaux à biais d’échange, un facteur qui joue un rôle important dans la stabilisation des skyrmions. Cette facette de la recherche élargit notre connaissance des facteurs externes qui peuvent être exploités pour optimiser la stabilité et la performance des structures skyrmioniques. La deuxième partie de cette thèse se concentre sur la réalisation de dispositifs, passant de la recherche fondamentale aux applications pratiques. Les jonctions tunnel magnétiques (MTJ) servent d'éléments fondamentaux pour les mémoires magnétiques. Nous avons démontré expérimentalement la détection électrique, la nucléation induite par la tension et l'annihilation d'un skyrmion unique dans une MTJ par des expériences de microscopie magnétique operando. Nous avons étudié la manipulation des skyrmions dans les MTJ à l'aide d'excitations externes, tels que des champs magnétiques et électriques. Cette exploration permet le contrôle du comportement dynamique des skyrmions dans des dispositifs fonctionnels. Enfin, pour compléter ces résultats expérimentaux, des simulations micromagnétiques sont réalisées en utilisant des paramètres issus des données expérimentales. Ces simulations corroborent nos observations, affirmant la faisabilité des opérations d'écriture contrôlées par la tension, un pas important vers la réalisation de technologies à base de skyrmion à faible consommation d'énergie. Grâce à une approche multidisciplinaire, associant simulation et expérimentation, ce travail contribue à démontrer tout le potentiel des skyrmions dans le paysage de la spintronique moderne.