Magneto-optical study of ultrafast demagnetization, spin accumulation, and related torques

La manipulation ultrarapide de l'aimantation constitue un défi majeur pour le développement de dispositifs de stockage de l'information plus rapides et plus économes en énergie. Dans ce contexte, la spintronique ultrarapide offre de nouvelles perspectives en exploitant les degrés de liberté de spin et en tirant parti du transport de spin pour manipuler et renverser l'aimantation. Ce transport de spin génère des accumulations de spin hors équilibre ; cependant, leur détection expérimentale ainsi que l'étude des couples qu'elles peuvent induire restent particulièrement difficiles, et leur rôle dans le renversement ultrarapide de l'aimantation demeure encore sujet à débat.

Cette thèse étudie la dynamique ultrarapide de systèmes magnétiques sous excitation optique femtoseconde et excitation électrique picoseconde, en utilisant des techniques magnéto- optiques résolues en temps. Dans un premier temps, nous examinons la capacité de l'effet Kerr magnéto-optique à distinguer la désaimantation ultrarapide de l'accumulation de spin dans des hétérostructures magnétiques soumises à différentes conditions d'excitation. Nous appliquons ensuite cette compréhension à l'étude du renversement ultrarapide de l'aimantation dans des vannes de spin ferromagnétiques et proposons un mécanisme de renversement responsable de la commutation tout-optique dans ces dispositifs. Enfin, nous étudions la dynamique ultrarapide induite par des impulsions de courant picosecondes dans différents systèmes afin d'explorer les couples de spin-orbite dans des hétérostructures associant un matériau ferromagnétique à un métal léger, présentant une forte efficacité de conversion charge-spin. Mots-clés: Magnéto-optique, désaimantation ultrarapide, accumulation de spin, renverse- ment ultrarapide de l'aimantation, couples de spin-orbite térahertz.