Thèse Manipulation Optique des Textures Topologiques de Spin dans les Aimants Van Der Waals 2D H/F - Université Paris-Saclay GS Physique

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique
École doctorale : Ondes et Matière
Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique des Solides
Direction de la thèse : Alexandra MOUGIN ORCID 0000000186070154
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-03-22T23:59:59

Les progrès rapides des technologies de l'information, en partie dus à la demande énergétique croissante de l'intelligence artificielle et du calcul intensif, sont de plus en plus freinés par les limites de la loi de Moore. La miniaturisation continue des transistors entraîne une augmentation de la consommation d'énergie, de la dissipation thermique et des courants de fuite, ce qui soulève des inquiétudes quant à l'efficacité et à la durabilité des appareils électroniques conventionnels.

Ces défis ont motivé le développement d'approches spintroniques pour le stockage et le traitement des données à faible consommation d'énergie. Les skyrmions magnétiques sont apparus comme des supports d'information prometteurs en raison de leur taille nanométrique, de leur stabilité topologique et de leur nature de quasi-particules. Cependant, malgré des progrès significatifs, le contrôle fiable et frugal en énergie de la nucléation et du mouvement des skyrmions reste un obstacle majeur à leurs applications pratiques.

Les ferromagnétiques bidimensionnels (2D) de van der Waals (vdW) constituent une plateforme matérielle prometteuse pour héberger des skyrmions à la fois stables et très mobiles. Leurs interfaces atomiquement planes et leur compatibilité avec les hétérostructures multimatières permettent une ingénierie polyvalente des interactions magnétiques, y compris l'interaction Dzyaloshinskii-Moriya (DMI). De plus, leur extrême finesse renforce les effets interfaciaux. Le ferromagnétique 2D FeGaTe, récemment découvert, est particulièrement intéressant, car il reste magnétique au-dessus de la température ambiante [1].

Dans le cadre de ce projet, nous explorerons de nouvelles méthodes pour créer et manipuler des skyrmions et des textures de spin topologiques associées à l'aide de courants électriques et d'impulsions laser ultrarapides. Les travaux récents de M. Dabrowski et al. [2,3] à l'université d'Exeter ont démontré la manipulation optique des spins dans plusieurs systèmes magnétiques 2D, y compris la commutation topologique des skyrmions à des températures cryogéniques. Sur cette base, l'objectif de ce projet est de parvenir à un contrôle déterministe et économe en énergie des textures topologiques de spin à température ambiante à l'aide d'hétérostructures incorporant du FeGaTe d'épaisseur atomique. L'un des éléments clés du succès du projet est l'intégration du FeGaTe à une large gamme de matériaux fonctionnels, rendue possible par l'équipe Imaging and Dynamics of Magnetism (IDMAG) de l'Université Paris-Saclay. L'équipe IDMAG a développé une expertise dans l'exfoliation et l'intégration du FeGaTe dans des hétérostructures contenant des films métalliques évaporés et des empilements vdW, fabriqués sous vide ou dans des conditions inertes afin de garantir la propreté des interfaces. L'équipe possède également une solide expertise dans la quantification du DMI [4,5], essentiel à la stabilisation des skyrmions.

This project brings together complementary expertise from two leading institutions. Université Paris-Saclay contributes strengths in nanofabrication, DMI characterisation [4,5], and electrically driven skyrmion manipulation [6], while the University of Exeter offers expertise in ultrafast optical pump-probe experiments and magneto-optical characterisation of 2D vdW magnetic materials.

This interdisciplinary project will provide the PhD researcher with hands-on experience in state-of-the-art laser facilities, advanced microscopy, and the fabrication of 2D vdW heterostructures in cleanroom facilities at both Paris-Saclay and Exeter, covering a broad range of experimental techniques including static and time-resolved ultrafast microscopy, molecular beam epitaxy (MBE), Brillouin light scattering (BLS) and magnetic force microscopy (MFM).

State-of-the-art scientific results are expected and will lead to high-impact scientific publications.

Le candidat idéal sera sur le point d'obtenir ou aura obtenu son diplôme de premier cycle, c'est-à-dire un master 2.
Des compétences expérimentales sont les bienvenues.