Les textures de spin chirales, parmi lesquelles des quasi-particules appelées skyrmions magnétiques, sont récemment apparues comme prometteuses pour des applications au-delà des technologies de logique en mémoire compatibles CMOS fusionnant intrinsèquement le stockage de données non volatiles à haute densité et à faible énergie avec des capacités informatiques. [1] Ces perspectives découlent de leur taille nanométrique, de leur grande mobilité et plus généralement des propriétés uniques liées à leur nature topologique. De plus, la complexité intrinsèque des textures de spin topologiques peut également être exploitée pour une nouvelle approche des dispositifs logiques ou dans des schémas informatiques neuro-inspirés non conventionnels. Au cours de la dernière décennie, d'importantes avancées scientifiques ont été réalisées, notamment la première stabilisation des skyrmions à température ambiante, leur manipulation par des courants électriques et leur nucléation par une tension de grille ou par l'utilisation de la lumière. Cependant, d'importants défis doivent encore être relevés et seront au cœur de cette thèse : la nucléation contrôlée ultra-rapide et de faible puissance pour l'écriture, la manipulation fiable et économe en énergie des textures de spin topologiques à l'aide du champ électrique et de la lumière, la lecture électrique avec signal haut et démonstration d'opérations logiques.
Au cours de cette thèse, nous souhaitons explorer de nouveaux schémas de manipulation de textures chirales pour des applications neuromorphiques. [1,2] Les matériaux en couches minces seront développés et optimisés par pulvérisation magnétron visant différents types de textures de spin topologiques, par ex. skyrmions et cocons magnétiques [3]. Entre autres techniques, l'anisotropie contrôlée par tension de grille, en collaboration avec le laboratoire C2N, pourrait être utilisée pour la nucléation et le contrôle de trajectoire. Les réseaux de neurones artificiels skyrmioniques présentent un paradigme révolutionnaire pour l'informatique neuromorphique, imitant étroitement la neurophysiologie cérébrale en combinant des quasiparticules skyrmioniques, qui imitent les neurotransmetteurs et facilitent les calculs complexes au niveau des synapses, avec des connexions électriques CMOS qui simulent la propagation des potentiels d'action entre les neurones pour une transmission rapide et dense.
[1] A. Fert, N. Reyren, and V. Cros, “Magnetic skyrmions: advances in physics and potential applications”, Nature Reviews Materials 2, 17031 (2017)
[2] T. da Câmara Santa Clara Gomes et al, “Neuromorphic weighted sum with magnetic skyrmions”, arXiv: 2310.16909
[3] M. Grelier et al. “Three-dimensional skyrmionic cocoons in magnetic multilayers”, Nature Communications 13, 6843 (2022); M. Grelier et al, “X-ray holography of skyrmionic cocoons in aperiodic magnetic multilayers”, Physical Review B 107, L220405 (2023)
Contexte de travail
La thèse se déroulera au laboratoire Albert Fert, dans les locaux de Thales TRT. Le laboratoire Albert Fert est une "unité mixte" entre le CNRS et Thales avec pour tutelle secondaire l'Université Paris-Saclay. Une trentaine de chercheurs et ingénieurs y travaillent, ainsi qu'environ 50 thésards et post-docs. Il est spécialiste de la spintronique. Plus de détails sur le site web: https://laboratoire-albert-fert.cnrs-thales.fr/ .
Cette thèse expérimentale nécessitera différentes tâches, notamment : (1) croissance par pulvérisation cathodique, (2) caractérisations magnétiques et structurales, (3) Charatérisations poussées avec possibilité de missions aux synchrotrons SOLEIL, BESSY, etc, ou au laboratoire voisin, le C2N, (4) Conception et lithographie de circuit (neuromorphiques) et leur caractérisation électrique, ainsi que par imagerie par microscopie Kerr ou par force magnétique, voire par magnétométrie NV.
Informations complémentaires
https://cordis.europa.eu/project/id/101135729
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