ONDES ACOUSTIQUES DE SURFACE POUR DE NOUVEAUX DISPOSITIFS SPINTRONIQUES // SURFACE ACOUSTIC WAVES FOR NOVEL SPINTRONIC DEVICES

Dans les ordinateurs, le magnétisme intervient dans les composants de stockage des données, où les informations sont codées par la direction de magnétisation de domaines magnétiques submicroniques. Les calculs sont quant à eux effectués à l'aide de matériaux semi-conducteurs, avec des transistors effectuant des opérations logiques (« NOT », « AND », etc.). Un tout nouveau paradigme propose d'utiliser des matériaux magnétiques pour effectuer ces opérations, en codant les informations sur l'amplitude et la phase de ce que l'on appelle les « ondes de spin », des excitations magnétiques. Leurs fréquences sont de l'ordre du GHz et leurs longueurs d'onde vont de quelques microns à quelques centaines de nanomètres. Elles peuvent être excitées par des antennes RF ou, plus récemment, par des ondes acoustiques de surface, grâce à la magnéto-élasticité (un effet couplant magnétisation et déformation). Les avantages escomptés sont une meilleure intégrabilité, une plus grande adaptabilité et même une consommation d'énergie réduite pour notre monde numérique de plus en plus gourmand en énergie.
La plupart des groupes détectent ces ondes de spin électriquement, après propagation le long d'un guide d'ondes ou d'une ligne à retard. Si ces mesures sont idéales pour un dispositif commercial, elles ne fournissent toutefois aucune information sur la physique en jeu entre l'excitation et la détection des ondes. Un des objectifs de cette thèse sera de détecter en temps réel et dans l'espace la dynamique de magnétisation induite par les ondes acoustiques des films minces de CoFeB, qui n'a jamais été explorée de cette manière. Nous chercherons en particulier à isoler les conditions conduisant à l'apparition de non-linéarités magnétiques, que nous souhaitons finalement reconvertir dans le domaine acoustique afin d'obtenir des dispositifs acoustiques non linéaires et magnétiquement accordables. Nous explorerons également comment ces mêmes ondes acoustiques peuvent aider à nucléer ou manipuler des objets magnétiques très compacts appelés skyrmions, un effet prédit numériquement, mais encore très mal compris expérimentalement.
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In computers magnetism intervenes in the data storage components, with information coded by the magnetization direction of submicronic magnetic domains. The calculations are instead done using semiconducting materials, with transistors performing logical operations (“NOT”, “AND” etc.). A whole new paradigm proposes to use magnetic materials to perform these operations, by encoding the information on the amplitude and phase of so-called “spin-waves”, magnetic excitations. Their frequencies are around the GHz, and wavelengths from a few microns down to a few hundreds of nanometers. They can be excited by RF antennas, or more recently by surface acoustic waves, thanks to magneto-elasticity (an effect coupling magnetization and strain ). Foreseen advantages are a higher integrability, a higher tunability and even a lower consumption of power for our increasingly energy-greedy digital world.
Most groups detect these spin waves electrically, after propagation along a wave-guide, or a delay line. While these measurements are ideal for a commercial device, they do not provide information about the physics at play between the excitation and detection of the waves. One of thes aim of this thesis will to detect in real time and space the acoustic-wave driven magnetization dynamics of CoFeB thin films, which have never been explored in this way. In particular we will aim to isolate the conditions leading to the appearance of magnetic non-linearities, which we ultimately aim to convert back to the acoustic domain, to obtain non-linear, magnetically tunable acoustic devices. We will also explore how these same acoustic waves can help nucleate or manipulate very tight magnetic objects called skyrmions.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Sorbonne Université SIS (Sciences, Ingénierie, Santé)

397 Physique et Chimie des Matériaux

Nous recherchons un candidat fortement motivé par le travail expérimental, même si des modélisations simples et des simulations numériques sont également utilisées dans l'interprétation de nos données. Les techniques typiques utilisées sont l'effet Kerr résolu en temps, l'électronique RF, la nano- et micro-fabrication en salle blanche. Des connaissances en physique de la matière condensée, et idéalement en magnétisme, ne sont pas obligatoires, mais seraient un avantage.
We are looking for a candidate with a strong motivation for experimental work, although simple modeling and numerical simulations will also be performed to interpret our data. Typical techniques that will be used are: time-resolved Kerr effect using a pulsed laser, RF circuitry and electronics, clean-room nano- and microfabrication. A solid background in condensed matter physics, and ideally magnetism, is not compulsory, but would be an advantage.