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| Modélisation des propriétés magnétiques de couches ultraminces inhomogènes dans une approche multi-échelle (Multiscale approach for modeling magnetization properties of inhomogeneous ultrathin magnetic layers) | ||
Mordret, Julien - (2024-11-27) / Université de Rennes - Modélisation des propriétés magnétiques de couches ultraminces inhomogènes dans une approche multi-échelle Langue : Français Directeur de thèse: Schieffer, Philippe; Tricot, Sylvain Laboratoire : Institut de Physique de Rennes Ecole Doctorale : S3M Thématique : Physique | ||
Mots-clés : micromagnétisme, simulations atomistiques, couches ultraminces, dynamique magnétique, spintronique, Films magnétiques, Spintronique Résumé : De nombreux dispositifs spintroniques intègrent des couches magnétiques ultraminces où les effets d'interface deviennent prédominants. Ces couches peuvent présenter une rugosité importante à faible échelle (quelques nanomètres) qui peut avoir un impact significatif sur leurs propriétés magnétiques. Les méthodes classiques de simulations magnétiques (différences finies, éléments finis, atomistique) ne sont pas adaptées à la simulation de ces systèmes en raison de cette morphologie particulière. Nous proposons une approche multi-échelle basée sur le développement d'un code original de simulation magnétique. Cette approche consiste à modéliser le système rugueux comme un ensemble d'îlots, décrits comme des macrospins, reliés par des nanoconstrictions. Nous montrons que ces îlots sont couplés par une interaction d'échange de type Heisenberg pilotée par l'existence et la forme des nanoconstrictions reliant les îlots. Grâce à ce modèle, nous montrons et quantifions l'impact du caractère inhomogène de ces systèmes sur les propriétés magnétiques statiques et dynamiques. La fréquence de résonance ferromagnétique d'une couche de fer ultramince typique peut chuter d'un ordre de grandeur en raison de ces inhomogénéités. Notre étude a été réalisée à température non nulle avec une méthode Monte Carlo contraint pour déterminer les températures de transition ferromagnétique-paramagnétique et de réorientation de spin de couches ultraminces de fer pour différents paramètres morphologiques. La modélisation multi-échelle permet d'améliorer la description de certains dispositifs spintroniques en décrivant la morphologie de surface de façon réaliste. Résumé (anglais) : Many spintronic devices incorporate ultra-thin magnetic layers where interface effects become predominant. These layers can exhibit significant roughness on a small scale (a few nanometers), which can have a significant impact on their magnetic properties. Conventional magnetic simulation methods (finite-difference, finite-element, atomistic) are not suitable for simulating these systems due to this particular morphology. We propose a multi-scale approach based on the development of an original magnetic simulation code. This approach consists in modeling the rough system as a set of islands, described as macrospins, linked by nanoconstrictions. We show that these islands are coupled by a Heisenberg-type exchange interaction driven by the existence and shape of the nanoconstrictions linking the islands. Using this model, we demonstrate and quantify the impact of the inhomogeneous character of these systems on static and dynamic magnetic properties. The ferromagnetic resonance frequency of a typical ultrathin iron layer can drop by an order of magnitude due to these inhomogeneities. Our study was carried out at non-zero temperature using a constrained Monte Carlo method to determine the ferromagnetic-paramagnetic transition and spin-reorientation temperatures of ultrathin iron layers for different morphological parameters. Multiscale modeling can be used to improve the description of certain spintronic devices by providing a realistic description of surface morphology. Identifiant : rennes1-ori-wf-1-20235 | ||
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