Thèse Contrôler le Déplacement des Skyrmions Magnétiques dans des Circuits Lithographiés en Trois Dimensions H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique École doctorale : Physique en Ile de France Laboratoire de recherche : Laboratoire Albert Fert, CNRS, Thales, Université Paris Saclay Direction de la thèse : Nicolas REYREN ORCID 0000000277457282 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-07-01T23:59:59 Les skyrmions magnétiques sont des textures chirales, typiquement sub-microniques, stabilisées par des interactions chirales, typiquement l'interaction Dzyaloshinskii-Moriya. Au laboratoire, nous avons maintenant une longue expérience pour leur stabilisation dans des multicouches magnétiques. Nous pouvons les stabiliser et les manipuler par des courants de charge (via des couples spin-orbite), et de par leur caractère de 'particule', ils pourraient trouver une utilité dans les technologies neuromorphiques. Cependant leur contrôle spatial et temporel reste limité.Dans ce contexte, nous proposons donc l'utiliser des techniques de lithographies tridimensionnelles, afin de créer des barrières énergétiques et des sources de skyrmions reconfigurables. Nous utiliserons des techniques de nanofabrication additive (focus electron beal induced deposition, FEBID), soustractive (focus ion beam, FIB), ou modificative (oxydation locale) pour contrôler finement les paysages énergétiques des skyrmions magnétiques.

Les objectifs scientifiques sont de contrôler la nucléation des skyrmions via des motifs tridimensionnels ; de guider et piéger des skyrmions par des champs de fuite ou des paysages énergétiques locaux ; d'étudier la physique 'fondamentale' des skyrmions (interactions, effet Hall, résonance), et démontrer que ces structures peuvent servir de briques de bases pour des applications telle que le calcul neuromorphiques (intégration de signaux, barrières asymétriques, pièges sélectifs en fréquence).

La thèse s'inscrit dans la continuité des projets initiés dans le cadre du PEPR SPIN et une collaboration informelle avec le groupe d'Amalio Fernández-Pacheco (TU Wien). Magnetic skyrmions are topological spin textures that can be found in magnetic materials with broken inversion symmetry, in which the skyrmions are stabilized by a subtle balance between several magnetic interactions, including the chiral exchange interaction named Dzyaloshinskii-Moriya interaction (DMI). Several conceptual devices have been proposed to harness their unique properties for applications in information and communication technologies, or bioinspired new architectures.
Since 2013, at Laboratoire Albert Fert, CNRS, Thales, Université Paris-Saclay, we study the nucleation, the stabilization and the motion of small skyrmions (< 100 nm) at room temperature in several types of multilayers associating magnetic layers (e.g. Co, CoFeB, NiFe) and nonmagnetic layers of heavy metals (e.g. Pt, Ir, Ru). We use magnetron sputtering to fabricate the films, an industrially relevant technique, and several lithography techniques can be used to turn the thin films into devices. Our experimental tools are available in the laboratory for local probe microscopy and magnetotransport measurements, which is the core of our experimental techniques, but we often use large instruments, such as synchrotrons to investigate the precise magnetic textures of our multilayers. For all these studies, the guidance through micromagnetic simulations and modelling, also performed in the lab, has been a great advantage to improve the material engineering as well as the skyrmion properties. Comprendre comment des structurations en trois dimensions du substrat ou des multicouches magnétiques peut influencer la nucléation et le guidage (répulsion ou attraction) des skyrmions magnétiques. En utilisant cet outil, nous espérons mieux comprendre le comportement des skyrmions magnétiques dans les multicouches.

Les compétences suivantes sont désirées :
-- connaissances en magnétisme des couches minces
-- connaissances en spintroniques
-- microscopie Kerr
-- MFM
-- bases du magnéto-transport
-- esprit d'équipe
-- esprit critique
-- motivation
-- capacité à programmer des fonctions simples pour analyser des images