L'évolution de la mémoire des ordinateurs conduit à plusieurs niveaux des applications, potentielles mariant vitesse, densité de stockage et coût. À mesure que les limites des mémoires CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) approchent, l'intérêt pour les alternatives non volatiles telles que la mémoire magnétique à accès aléatoire (MRAM) grandit.Dans la quête d'une mémoire plus rapide et plus efficace, la technologie de commutation tout-optique (AOS) cherche à réaliser le retournement de l'aimantation par une écriture ultrarapide à faible énergie avec une seul impulsion laser femto- ou picoseconde.Cette thèse a pour objectif d'utiliser des dispositifs AOS comme éléments mémoire MRAM. Les matériaux étudiés sont des systèmes multicouches de métaux de transition et terres rares, notamment les structures à base de Tb/Co. Grâce à une combinaison d'études expérimentales et de simulations numériques, nous avons élucidé la dynamique complexe de HI-AOS (écriture indépendante de l'helicité de l'impulsion laser) et l'avons utilisée pour développer des jonctions tunnel magnétiques AOS (AOS-MTJ) de taille nanométrique.L'étude de HI-AOS dans des multicouches de métaux de transition et terres rares a démontré le renversement fiable de l'aimantation, en explorant la réponse à différentes durées d'impulsion et à différentes fluences. Parmi les nouveaux résultats clés, on peut citer notamment l'observation d'anneaux concentriques avec des orientations magnétiques altérantes et l'indépendance de la fluence par rapport à la durée de l'impulsion.Le développement d'un modèle de macrospin, incorporant les principes du modèle à deux températures (2TM), explique le mécanisme de commutation par précession observé dans le système multicouche à base de Tb/Co. Les simulations révèlent une dynamique influencée par des paramètres tels que l'amortissement de Gilbert, l'angle d'inclinaison de l'anisotropie et le facteur de qualité Q. Les simulations atomistiques valident également les prédictions du modèle, soulignant l'importance des effets de l'aimantation et de l'anisotropie en fonction de la température dans le processus HI-AOS.Pour envisager des applications pratiques est nécessaire la fabrication et la caractérisation électrique des dispositifs MTJ. L’optimisation des valeurs de magnétorésistance tunnel (TMR), atteignant une valeur maximale de 74%, représente une amélioration significative par rapport aux démonstrations précédentes. La principale réalisation de la thèse a été la démonstration d'un retournement HI-AOS sans champ externe sur des dispositifs p-MTJ [Tb/Co] de 100 nm de diamètre, en utilisant des impulsions laser de 50 fs avec une énergie absorbée estimée à environ 68,6 fJ par bit. Ces études contribuent non seulement à notre compréhension du HI-AOS, mais ouvre également des pistes de recherche à l'avenir. Les prospectives pour les orientations futures comprennent l'utilisation de modèles atomistiques et LLB pour une compréhension plus complète, l'exploration de matériaux alternatifs au-delà du Tb/Co, l'étude de la commutation déterministe à l'aide du couple de transfert de spin, et l’investigation de la variabilité des dispositifs.La thèse propose une exploration complète de HI-AOS, de ses mécanismes fondamentaux à ses applications pratiques dans le domaine du stockage de données non volatiles et de la microélectronique à faible consommation d'énergie. Les valeurs optimisées de la TMR et la démonstration réussie de l'AOS dans des dispositifs nanométriques constituent un premier pas vers une nouvelle technologie mémoire. L'utilisation de méthodes expérimentales et simulées renforce l'importance des résultats obtenus pour les progrès futurs dans ce domaine.En résumé, cette recherche doctorale a non seulement élargi nos connaissances sur la commutation tout-optique indépendante de l'hélicité, mais a également posé les bases d'applications innovantes dans le domaine des technologies numérique à l'échelle nanométrique.