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Thèse Année : 2023

Magnetic skyrmions in cobalt-based synthetic antiferromagnets

Skyrmions magnétiques dans des multicouches antiferromagnétiques synthétiques à base de cobalt

Sujit Panigrahy
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1338798
  • IdRef : 275061256

Résumé

Magnetic skyrmions are topologically protected textures behaving as particles, and that could be used in future spintronic devices. In ferromagnets, their velocity induced by electrical current is limited and they suffer from a deflection related to their non-trivial topology. In this work, we explore their properties in synthetic antiferromagnets (SAF), that have been proposed to overcome these limits. Using simulations and models, we show that such materials are indeed promising and give to skyrmions new properties, like a mass. Then, in two experimental chapters, we show how to design suitable samples. We first develope a methodology to overcome the application of an external magnetic field that is usually required in ferromagnetic films, but whose application would not be efficient in antiferromagnets. Then, we finally demonstrate the current induced skyrmion motion in synthetic antiferromagnets, and show velocities five time larger than in ferromagnets and deflectionless motion. The results obtained hence are both fundamentally and technologically relevant for SAF based skyrmionics devices beyond the conventional ferromagnetic systems.
Les skyrmions magnétiques sont des textures topologiquement protégées qui se comportent comme des particules et qui pourraient être utilisées dans de futurs dispositifs de spintronique. Dans les ferromagnétiques, leur vitesse induite par le courant électrique est limitée et ils souffrent d'une déviation liée à leur topologie non triviale. Dans ce travail, nous explorons leurs propriétés dans les antiferromagnétiques synthétiques (SAF), qui ont été proposés pour surmonter ces limites. A l'aide de simulations et de modèles, nous montrons que ces matériaux sont en effet prometteurs et confèrent aux skyrmions de nouvelles propriétés, comme une masse. Ensuite, dans deux chapitres expérimentaux, nous montrons comment concevoir des échantillons appropriés. Nous développons d'abord une méthodologie pour surmonter l'application d'un champ magnétique externe qui est généralement nécessaire dans les films ferromagnétiques, mais dont l'application serait sans effet dans les antiferromagnétiques. Enfin, nous démontrons le mouvement de skyrmions induit par le courant dans des antiferromagnétiques synthétiques, et nous montrons des vitesses cinq fois plus grandes que dans les ferromagnétiques ainsi qu'un mouvement sans déviation. Les résultats obtenus sont à la fois fondamentalement et technologiquement pertinents pour les dispositifs skyrmioniques basés sur les SAF au-delà des systèmes ferromagnétiques conventionnels.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04406630 , version 1 (19-01-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04406630 , version 1

Citer

Sujit Panigrahy. Magnetic skyrmions in cobalt-based synthetic antiferromagnets. Materials Science [cond-mat.mtrl-sci]. Université Paris-Saclay, 2023. English. ⟨NNT : 2023UPASP187⟩. ⟨tel-04406630⟩
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