Thèse Dynamique d'Aimantation Effective dans les Nano-Oscillateurs Spintroniques Couplés H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Grenoble Alpes
École doctorale : PHYS - Physique
Laboratoire de recherche : Spintronique et Technologie des Composants
Direction de la thèse : Liliana BUDA-PREJBEANU ORCID 000000026105151X
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-13T23:59:59

The dynamics of magnetization in magnetic nanostructures is of great interest due to the possibilities it offers for designing non-volatile, miniaturized, and energy-efficient applications. The mechanisms governing this dynamics are highly diverse (magnetic fields, spin-transfer torques, spin-orbit torques, temperature, etc.) and can be ingeniously combined to enhance performance and expand device functionalities. The aim of this project is to use atomistic modeling to explore magnetization dynamics in magnetic tunnel junctions when different types of coupling (electrical, magnetic, etc.) are implemented. To rigorously account for thermal effects, an atomistic approach will be used, allowing magnetic moments to interact with a quantum thermostat. The project will focus on networks of coupled spintronic oscillators in order to investigate their collective dynamics.

Bien que beaucoup d'efforts aient été consacrés à l'étude de dispositifs individuels, le comportement collectif de ces dispositifs reste peu exploré, malgré le potentiel offert par leur couplage. Pour simuler la réponse de ces dispositifs, il est compliqué de prendre en compte le bruit thermique en résolvant des équations différentielles stochastiques couplées. Cependant, nous avons développé de nouveaux modèles numériques qui imitent fidèlement les effets thermiques sur la dynamique d'aimantation sans nécessiter des simulations coûteuses [7].

Ce projet se propose d'intégrer les couples de transfert de spins et de spin-orbite dans des équations dynamiques de moments de l'aimantation pour simuler fidèlement la réponse des jonctions tunnel magnétiques, comme le font les approches stochastiques. En comparant les deux approches on pourra substituer l'étude thermique complexe de la réponse magnétique dynamique de ces jonctions sous divers couplages (électrique, magnétique, rétroaction, etc.), par une approche effective simplifiée. Le projet explore donc l'impact des mécanismes de couplage internes et externes sur les signaux générés par les jonctions tunnel magnétiques. Enfin, en décrivant la dynamique d'aimantation de ces jonctions comme celle de systèmes électriques équivalents, les impédances caractéristiques deviennent des fonctions non-linéaires. Cela permet d'utiliser des logiciels de conception électronique conventionnels, facilitant l'intégration rapide de ces jonctions dans des circuits complexes tout en accélérant leur adoption technologique.

La méthode retenue se divise en plusieurs étapes. Tout d'abord, nous intégrerons les couples de transfert de spin et de spin-orbite dans les équations des moments magnétiques à l'aide d'un code numérique performant et orienté objet, facilitant ainsi une intégration informatique rapide des effets. Ensuite, nous résoudrons ces équations à l'aide d'intégrateurs symplectiques, permettant une simulation fidèle de leur dynamique temporelle sur de longues périodes, essentielle pour la comparaison expérimentale. Nous généraliserons ensuite cette dynamique à plusieurs oscillateurs en les couplant par des champs. À chaque étape, nous veillerons à inclure les effets thermiques grâce à un thermostat quantique, qui reproduira fidèlement les variations de température en se basant sur la connaissance du poids thermique des magnons du système atomique sous-jacent. Le code numérique sera ensuite inséré et comparé à une approche de circuits électriques équivalents facilitant l'intégration dans un simulateur de circuits analogiques haute performance, open source et compatible SPICE.

master en nanophysique/nanosciences, master de physique avec une dominance marquée pour la modélisation numérique et la programmation orientée objets. Des connaissances des méthodes numériques du calcul intensif seraient un plus.