Spin-transfer effects in nanopillars with perpendicular magnetizations - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2011

Spin-transfer effects in nanopillars with perpendicular magnetizations

Effets de transfert de spin dans des nanopiliers aux aimantations perpendiculaires

Julien Cucchiara
  • Function : Author
  • PersonId : 907923

Abstract

The discover of spin-transfer opens a new way to control the magnetization of a nanomagnet using a spin polarized current instead of a magnetic field. Many studies showed that it is particularly efficient in nanopillar spin-valves with perpendicular magnetizations. Therefore, we decided to analyse into more details the impact of a spin polarized current on these devices during this thesis. First, we were interested in a global approach of the behavior of these systems based on the understanding of their field and current phase diagrams. Comparing our experimental results with various theoretical predictions, we demonstrated that their main features are explained by a breaking of the uniaxial symmetry of the spin-valves due, for instance, to a non-perpendicular anisotropy axis or applied magnetic field. Moreover, we developed a purely energetic description of these devices allowing to understand simply the physical origin of their behavior. Then, we focused on the magnetization reversal process of these nanopillars dominated by a domain nucleation followed by a domain wall propagation. We combined for this study the analysis of a thermally activated phenomenon called telegraph noise, of phase diagrams and of micromagnetic simulations. They all lead to the conclusion that the nucleation process is well described by a Stoner-Wohlfarth behavior whereas the propagation process seems very dependent on the structure of the domain wall especially for the action of the spin-transfer.
Le transfert de spin ouvre la voie à un nouveau contrôle de l'aimantation d'un nanoaimant utilisant un courant polarisé en spin plutôt qu'un champ magnétique. Plusieurs travaux ont montré l'efficacité de ce phénomène dans des nanopiliers aux aimantations perpendiculaires. Par conséquent, nous avons décidé pour cette thèse d'analyser en détail l'effet du transfert de spin sur ces dispositifs. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à une approche globale du comportement de ces systèmes basée sur l'étude de leurs diagrammes de phase courant-champ. Grâce à la comparaison de nos données expérimentales avec différentes prédictions théoriques nous avons démontré que la plupart de nos observations sont expliquées par la brisure de la symétrie uniaxiale de nos systèmes engendrée sans doute par un axe d'anisotropie et/ou un champ magnétique non-perpendiculaires. De plus, nous avons développé une description purement énergétique de ces dispositifs permettant de comprendre simplement l'origine physique de leur comportement. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés au processus de retournement de l'aimantation de ces nanopiliers commençant par la nucléation d'un domaine et se poursuivant par la propagation d'une paroi de domaine. Notre étude combine les analyses de phénomènes thermiquement activés, de diagrammes de phase et de simulations micromagnétiques. Elles tendent toutes à montrer que le processus de nucléation est proche d'un comportement de type Stoner-Wohlfarth alors que le processus de propagation semble très dépendant de la structure de la paroi de domaine en particulier pour l'action du transfert de spin.
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Dates and versions

tel-01746394 , version 2 (17-08-2011)
tel-01746394 , version 1 (29-03-2018)

Identifiers

  • HAL Id : tel-01746394 , version 2

Cite

Julien Cucchiara. Spin-transfer effects in nanopillars with perpendicular magnetizations. Condensed Matter [cond-mat]. Université Henri Poincaré - Nancy 1, 2011. English. ⟨NNT : 2011NAN10008⟩. ⟨tel-01746394v2⟩
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