Soutenance de thèse – Benjamin Bony

Benjamin Bony soutiendra sa thèse intitulée : « Couples orbitaux dans les métaux de transition utilisant des oxydes de l’élément léger de Cu » le mercredi 11 juin 2025 à 15h30, à l’Auditorium TRT

Résumé :

L’étude des courants de spin dans des matériaux à fort couplage spin-orbite (SOC) tels que les métaux de transition 5d, a donné naissance au champ de recherche du ‘spin-orbit torque’ (SOT), utilisé pour la commutation des mémoires magnétiques de type SOT-MRAM. De récents travaux démontrent de fortes augmentations de l’efficacité du SOT grâce à une polarisation du moment magnétique orbital (Orbital Angular Momentum, OAM). Ce nouveau domaine, appelé ‘Orbitronique’, présente un fort potentiel industriel pour améliorer les performances des dispositifs spintroniques. Les premières démonstrations de polarisation orbitale ont été obtenues avec des couches minces de Cu naturellement oxydées, montrant un effet Rashba-Edelstein orbital (OREE) à l’interface Cu|CuOx.

Dans cette thèse, nous avons exploré expérimentalement et théoriquement la contribution de l’OAM aux couples magnétiques. La première étude porte sur des empilements polycristallins Cu|CuOx élaborés par pulvérisation cathodique. Les mesures de seconde harmonique et de magnétoresistance montrent une augmentation du couple magnétique dans les systèmes Co|Pt|Cu|CuOx avec un maximum pour une épaisseur de Pt de 4 nm, et la génération de courants orbitaux dans les systèmes Co|Cu|CuOx. Ces résultats sont corroborés par les mesures de pompage de spin qui démontrent la conversion orbital-charge dans les systèmes Cu|CuOx. Par ailleurs, en mesurant une augmentation de la longueur de décohérence dans le Co, nous démontrons que l’augmentation du couple dans les systèmes Co|Pt|Cu|CuOx est d’origine orbitale, et non due à une conversion du courant orbital en courant de spin dans le Pt. A cet égard, nous avons développé un modèle multi-orbital 5d, dont les processus de diffusion sont assistés par l’interaction spin-orbite, rendant possible la conversion du courant orbital en spin comme observée expérimentalement. La deuxième étude porte sur la croissance par épitaxie à jet moléculaire d’échantillons cristallins Al₂O₃||Co|Cu|CuOx. Les caractérisations magnétiques et de rayons X démontrent une structure hexagonale de direction (0001) des empilements. Les mesures de seconde harmonique révèlent un couple orbital anisotrope selon les directions cristallines. Ce travail ouvre de multiples perspectives d’études sur les processus de conversion de courant d’orbite en spin dont l’origine reste sujette à discussions.