Pulsed Laser Deposition of Substituted thin Garnet Films for Magnonic Applications

Ce travail de doctorat porte sur la croissance par ablation laser pulsee de films ultrafins de Grenat de Fer et d’Yttrium dopes au Bismuth (BiYIG). Ces films d’epaisseur nanometriques sont caracterises puis utilises pour des applications magnon-spintroniques. Cette these englobe deux thematiques differentes de la physique : la science des materiaux et les applications magnon-spintroniques.La motivation de cette these repose sur le besoin, venant de la communaute magnon-spintronique, d’un nouveau materiau magnetique ultrafin a anisotropie ajustable. En effet, au court des dernieres annees, une avancee majeure dans le domaine a ete l’obtention d’auto-oscillations magnetiques induites par un courant de charge dans un isolant magnetique. Ce resultat a ete rendu possible grâce a l’utilisation d’un film ultrafin (20 nm) de Grenat de Fer et d’Yttrium (YIG) possedant de tres faibles pertes magnetiques. Ces films ultrafins de YIG sont egalement interessants pour la magnonique puisqu’il est aussi possible d’y propager et de manipuler des ondes de spin sur de grandes distances. Cependant, la direction facile d’aimantation dans ces films est fixee par l’anisotropie de forme et n’est pas un parametre ajustable. Pour pousser plus loin les possibilites dans le domaine de la magnon-spintronique un materiau ultrafin, presentant des pertes magnetiques similaires au YIG, dans lequel il serait possible de stabiliser une anisotropie perpendiculaire serait desirable.La croissance par epitaxie en phase liquide de films de YIG substitues de plusieurs microns d’epaisseur a permis de mettre en evidence que l’anisotropie magnetique pouvait etre modifiee par dopage. Notamment que la substitution des atomes d’Yttrium par les atomes de Bismuth sur les sites atomiques dodecaedriques permet d’obtenir une direction facile d’aimantation hors du plan, le BiYIG est egalement reconnu pour sa forte activite magneto-optique. Cette these presente la croissance par ablation laser pulsee de films ultrafins (7 a 50 nm d’epaisseur) de BiYIG. Dans ces films l’anisotropie magnetique a deux origines : l’anisotropie de croissance et l’anisotropie de contrainte. Dans ces films grâce a la contrainte les deux types anisotropies magnetique (planaire ou perpendiculaire) peuvent etre obtenues. La caracterisation dynamique des films montre que la substitution d’Yttrium par le Bismuth n’augmente pas les pertes magnetiques et que l’amortissement de Gilbert dans le BiYIG est comparable a celui du YIG. De plus l’augmentation de l’activite magneto optique du BiYIG par rapport a celle du YIG rend ce nouveau materiau tres interessant pour des techniques experimentales impliquant l’interaction lumiere/ moment magnetique (BLS, Kerr microscope…).Pour observer des phenomenes spintronique nous avons depose une couche de Pt. Des mesures de transport comme la magnetoresistance Hall de spin, l’effet Hall de spin inverse ou l’effet Hall anormal temoignent d’un transfert de courant de spin a l’interface BiYIG-Pt. Grâce a l’anisotropie perpendiculaire, il est egalement possible d’observer de nouveaux phenomenes comme la generation d’onde de spin coherent a partir d’auto-oscillations. Ce nouvel isolant magnetique combinant une faible epaisseur, un faible amortissement magnetique et une anisotropie magnetique modifiable est donc un materiau prometteur pour des applications magnon-spintroniques et ouvre de nouvelles possibilites pour le domaine.