On Monday, July 04th at 9:30, Sambit GHOSH will defend his PhD thesis entitled:
Manipulation of Domain Walls in Rare-earth Free Anti-perovskite Ferrimagnetic Nitrides
Manipulation de parois de domaines magnétiques dans des nitrures ferrimagnétiques de structure antipérovskite

Place : SPINTEC, CEA Bat. 10.05 Room 445

Zoom link (**) : https://univ-grenoble-alpes-fr.zoom.us/j/3241920232
Code d’accès/Access code : 115623

Abstract: The motion of magnetic domain walls using magnetic fields or spin polarized currents has been one of the main focus of spintronics research in the last two decades. Recently, current-induced magnetization dynamics in ferrimagnets has in particular become an active field of research. The magnetic and/or the angular momentum compensation can be achieved by either changing the temperature or by changing the composition of the materials. As the magnetization or the angular momentum that has to be reversed is small close to these points, previous reports on ferrimagnets have evidenced large domain wall velocities under action of spin orbit torques. This PhD will focus on current-driven domain wall dynamics in an epitaxial rare-earth free ferrimagnetic nitride, Manganese Nitride (Mn4N), using spin transfer torques.
We show that epitaxially grown Mn4N thin films grown on SrTiO3 substrate have a very low magnetization and mm-scale domains with very low pinning, with high domain wall velocities up to more than 900 m/s in Mn4N at J = 1.3 x 10^12 A/m2, at room temperature, with only spin transfer torque.
In order to reach the compensation point, different samples were grown epitaxially while increasing the doping Ni concentration. The domain wall velocity is found to increase as the Ni concentration gets closer to the angular momentum compensation point, with a velocity up to 2000 m/s before the compensation point and approaching 3000 m/s after crossing the compensation point. Interestingly it was also observed that the domain wall motion direction is reversed beyond the compensation point. We discuss these results using ab-inition calculations and analytical modelling.
These results underline that despite the spintronics community has been focusing mostly on SOTs in the past decade, the STT remains an efficient way to drive domain walls.

Résumé: Le mouvement des parois de domaines magnétiques à l’aide de champs magnétiques ou de courants polarisés en spin a été un axes de recherche important en spintronique durant les deux dernières décennies. Dans les matériaux ferrimagnétiques, la compensation magnétique et/ou de moment cinétique peut être obtenue en modifiant la température ou en modifiant la composition des matériaux. Comme l’aimantation qui doit être renversée est faible près de ces points, des études récentes ont mis en évidence de grandes vitesses de paroi de domaine sous l’action de couples spin-orbite. Dans ce manuscrit, nous traitons de la propagation des parois de domaine sous l’effet d’un couple de transfert de spin dans un nitrure ferrimagnétique épitaxié, le nitrure de manganèse (Mn4N).
Nous montrons que les couches minces de Mn4N développées par épitaxie sur un substrat de SrTiO3 ont une très faible aimantation, et des domaines à l’échelle millimétrique avec un ancrage très faible, et des vitesses de paroi de plus de 900 m/s dans Mn4N à J = 1,3 x 10^12 A/m2, à température ambiante, dues seulement au couple de transfert de spin.
Afin d’atteindre le point de compensation, différents échantillons ont été épitaxiés en les dopant par du Ni. Les vitesses de la paroi augmentent à mesure que la concentration de Ni se rapproche du point de compensation, avec une vitesse allant jusqu’à 2000 m/s avant le point de compensation et approchant 3000 m/s après avoir traversé le point de compensation. Nous avons également observé une inversion de la direction du mouvement de la paroi au-delà du point de compensation. Afin d’expliquer ces résultats, nous avons utilisé des modèles analytiques et des simulations ab-initio.
Bien que la communauté de la spintronique se soit principalement concentrée sur les SOT au cours de la dernière décennie, ces résultats soulignent que le STT reste un moyen extrêmement efficace de contrôle des parois magnétiques.