Micromagnetic modelling of spin-transfer-driven magnetisation dynamics in nanopillars
Modélisation micromagnétique de dynamique d'aimantation pilotée par transfert de spin dans des nanopiliers
Résumé
The goal of this PhD thesis has been two-fold: test a Finite Element micromagnetic solver (feeLLGood), and study spin-transfer-driven magnetisation dynamics to understand experimental measurements of several spintronic devices. Two time schemes implemented in the code have been benchmarked against other solvers, in particular against a Finite Difference code (ST_GL-FFT). Comparisons of the simulation results confirmed the accuracy of feeLLGood and showed artefacts in Finite Difference simulations. On the other hand, numerical simulations have allowed in-depth analyses of three types of spintronic device. (1) Frequency jumps have been studied in a planar Spin Torque Oscillator. Thanks to spectral mapping techniques, the jumps were shown to be linked to the excitation of non-linear modes. (2) The state diagram of a perpendicular-polariser/planar-free-layer Spin Torque Oscillator has been explored, showing various oscillation modes depending on the initial state. Moreover, discrepancy between Finite Difference and Finite Element simulations showed the effect of a staircase-like edge. (3) Precessional switching induced by spin transfer torque has been simulated to understand the influence of the polariser's stray field on the switching probability. A good agreement with experimental measurements of STT-MRAM has been found.
Le but de cette thèse est double: tester un solveur micromagnétique utilisant les éléments finis (feeLLGood), et étudier la dynamique d'aimantation pilotée par transfert de spin dans le but de comprendre des mesures expérimentales de plusieurs composants spintroniques. Deux schémas temporels implémentés dans le code ont été testés et comparés à d'autres solveurs, en particulier un code différences finies (ST_GL-FFT). Les comparaisons entre les résultats de simulations ont confimé la validité de feeLLGood, et ont montrés des artefacts numériques dans les simulations différences finies. D'autres pars, les simulations numériques ont permis des analyses approfondies de trois types de dispositifs spintroniques. (1) Des sauts en fréquences ont été étudiés dans l'oscillateur à transfert de spin planaire. Grâce à des techniques de cartographies spectrales , les sauts ont été attribués à l'excitation de modes non-linéaires. (2) Le diagramme d'état d'un oscillateur à transfert de spin composé d'un polariseur perpendiculaire et d'une couche libre planaire a été exploré, mettant en évidence plusieurs modes d'oscillation dépendant de l'état initial. De plus, le désaccord entre les simulations effectuées en différences finies et en éléments finis a montré l'effet d'un bord crennelé. (3) La commutation précessionelle induite par couple de transfert de spin a été simulée pour comprendre l'influence du champ de fuite du polariseur sur la probabilité de renversement. Un bon accord avec les mesures expérimentales sur STT-MRAM a été obtenu .
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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