linkedintwitter
Annuaire  |  Flux RSS  |  Espace presse  |  Wiki IJL  |  Webmail  |  Videos  |    Photos   Single-Calendar-Single  Single-Calendar-Single 
Septembre 2018
Dim Lun Mar Mer Jeu Ven Sam
 
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
 
Archives des actualités

Article

Catégorie : Soutenances de thèse et de HDR

Lundi 24 septembre 2018 : Soutenance de thèse de Yassine QUESSAB : Mechanism and size effects of helicity-dependent all-optical magnetization switching in ferromagnetic thin films

Yassine QUESSAB doctorant au sein de l'équipe "Nano-magnétisme et Electronique de spin" de l'Institut Jean Lamour, soutient sa thèse intitulée :

"Mechanism and size effects of helicity-dependent all-optical magnetization switching in ferromagnetic thin films"

 

Date et lieu :
Lundi 24 septembre 2018  à 14h00
Campus Artem, Nancy
Amphithéâtre 100

 

Composition du jury :

 Directeur de thèse :

- M. Stéphane MANGIN: Professeur, Institut Jean Lamour, Université de Lorraine

Rapporteurs :

- Mme Christine BOEGLIN
Directrice de recherche, Institut de Physique et de Chimie des Matériaux de Strasbourg

- Mme Stefania PIZZINI
Directrice de cherche, Institut Néel

Examinateurs :

- M. Jeffrey BOKOR
Professeur, University of California Berkeley

- M. Andrew D. KENT
Professeur, New York University

- M. Eric. E. FULLERTON
Professeur, University of California San Diego

 

Résumé :
Pour des applications technologiques d’enregistrement magnétique de l’information à haute densité et vitesse d’écriture et de lecture ultra-rapide, les chercheurs se sont penchés vers des méthodes de ma- nipulation de l’aimantation sans application de champ magnétique externe. Il a été découvert qu’il était possible de renverser de manière déterministe l’aimantation de plusieurs matériaux ferri- et ferro- magnétiques à l’aide uniquement d’impulsions laser ultracourtes polarisées circulairement. Ce retourne- ment tout-optique s’est avéré être un processus cumulatif nécessitant plusieurs impulsions ultracour- tes dans les matériaux ferromagnétiques. Notamment dans les multicouches (Co/Pt), le retournement tout-optique se fait en deux étapes : une désaimantation indépendemment de l’hélicité suivie d’une ré-aimantation dans une direction ou l’autre selon l’hélicité. Pour autant, le mécanisme à l’origine du rétablissement de l’ordre magnétique n’a pas été étudié jusqu’à présent.

Dans cette thèse, nous avons étudié le mécanisme de renversement de l’aimantation dans les couches ferromagnétiques résultant de l’excitation par impulsions laser ultracourtes polarisées circulairement. Pour cela, nous étions intéressé par la réponse d’une paroi de domaine dans les couches minces de Pt/Co/Pt à la suite d’une excitation laser et en fonction de la polarisation de la lumière. Nous avons démontré la possibilité d’induire un déplacement tout-optique et déterministe d’une paroi de domaine. Nous montrons que la propagation de la paroi résulte de la compétition entre trois contributions : le gradient de température dû aux effets de chauffage par le laser, l’effet de l’hélicité de la lumière et les effets de piégages de la paroi. Par ailleurs, par mesures expérimentales du dichroisme circulaire, nous excluons un mécanisme purement thermique du déplacement de paroi. Ainsi nous confirmons que le retournement tout-optique des couches ferromagnétiques se fait par une nucléation suivie d’une ré-aimantation par propagation déterministe des parois de domaines selon l’hélicité.

De plus, nous avons exploré la possibilité d’utiliser le retournement tout-optique dans des dispositifs spintroniques pour l’enregistrement de l’information à haute densité. Pour se faire, il est nécessaire d’étudier les effets de tailles du retournement lorsque le matériau est structuré en ilôts à l’échelle du micro- ou nano-mètre. Nous avons montré qu’un plus grand nombre d’impulsions laser est nécéssaire afin de renverser l’aimantation de micro-disques comparé à la couche continue ferromagnétique. Il en résulte que le champ dipolaire aide le renversement de l’aimantation dans les couches continues rendant ainsi le retournement tout-optique énergétiquement plus favorable.

Mots-clés : Retournement tout-optique, spintronique, impulsions laser femtosecondes, renversement de l’aimantation

 

Abstract :
Over the past decade, the demand for an even higher capacity to store data has been gradually increas- ing. To achieve ultrafast and ultrahigh density magnetic data storage, low-power methods to manipu- late the magnetization without applying an external magnetic field has attracted growing attention. The possibility to deterministically reverse the magnetization with only circularly polarized light was evi- denced in multiple ferri- and ferro-magnetic materials. This phenomenon was called helicity-dependent all-optical switching (HD-AOS). In ferromagnets, it was demonstrated that HD-AOS was a cumulative and multishot process with a helicity-independent demagnetization followed by a helicity-dependent magnetization recovery. Yet, the microscopic mechanism of this helicity-dependent remagnetization remained highly debated.

In this thesis, we investigated the magnetization reversal mechanism of all-optical switching in ferro- magnetic materials. To explore a potential switching process through domain nucleation and domain wall (DW) propagation, we studied the response of a DW upon femto- or pico-second laser irradiation in Co/Pt thin films that exhibit HD-AOS. We reported helicity-dependent all-optical domain wall mo- tion. We demonstrated that it results from the balance of three contributions: the temperature gradient due to the laser heating, the helicity effect and the pinning effects. By measuring the magnetic circular dichroism, a purely thermal mechanism of the laser-induced DW motion appears to be excluded.

Furthermore, we examined the size effects in AOS in Co/Pt films patterned into microdots with a di- ameter between 10 and 3 μm. This allowed us to explore the role of the dipolar field in the switching mechanism. We discovered that a larger number of laser pulses was required to reverse the magnetiza- tion of a microdot compared to the continuous film. This indicated that the dipolar field actually eases the magnetization reversal in the full film. Thus, AOS is less energy-efficient in patterned films, hence making Pt/Co/Pt multilayers not an ideal candidate for integrating AOS in spintronic devices.

Keywords : All-optical switching, spintronics, femtosecond laser pulses, magnetization reversal