Roudy BARRAK

Spécialité : Physique

Laboratoire : LSPM

Directeur de thèse : Philippe Djemia

Co-encadrant : Eloi Haltz

 

Titre de la thèse : Repousser la magnéto-optique à l’échelle nanométrique : développement d’un microscope magnéto-optique à pointe exaltante

Les ondes de spin sont des excitations collectives de l’aimantation dans les systèmes magnétiques. Elles peuvent être utilisées à la fois comme supports prometteurs d’information digitale dans les futures générations de dispositifs, ou comme sondes très polyvalentes des propriétés magnétiques d’un système. Cependant, leur étude locale, à l’échelle nanométrique, reste largement inexplorée en raison de limitations expérimentales.

Pour sonder de telles propriétés, la magnéto-optique est une méthode très versatile et non invasive. On peut citer, par exemple, l’effet Kerr magnéto-optique (MOKE), qui révèle l’organisation de l’aimantation, ou encore la spectroscopie Brillouin (BLS), qui permet d’accéder aux propriétés dynamiques de l’aimantation (comme les ondes de spin). Cependant, la nature optique de ces approches implique certaines limites en termes de résolution spatiale.

L’objectif de cette thèse est donc de dépasser cette limitation en poussant ces deux techniques à l’échelle nanométrique. Pour ce faire, il est nécessaire de développer un tout nouveau type de microscope à pointe exaltante, sensible aux propriétés magnéto-optiques locales de systèmes en couches minces. Ce dispositif permettra une approche entièrement nouvelle de l’étude des systèmes magnétiques, ouvrant la voie à des recherches inédites, telles que l’organisation des ondes de spin dans les nano-objets.

Thesis title : Pushing magneto-optics to the nanoscale: development of a tip-enhanced magneto-optical microscope

Spin waves are collective excitations of magnetization in magnetic systems. They can be used both as promising carriers of digital information in future generations of devices, and as highly versatile probes of a system’s magnetic properties. However, their local study at the nanometer scale remains largely unexplored due to experimental limitations.

To probe such properties, magneto-optics is a very versatile and non-invasive method. For example, the magneto-optical Kerr effect (MOKE) reveals the organization of magnetization, while Brillouin light scattering (BLS) provides access to the dynamic properties of magnetization (such as spin waves). Nevertheless, the optical nature of these approaches imposes certain limits in terms of spatial resolution.

The objective of this thesis is therefore to overcome this limitation by pushing these two techniques down to the nanometer scale. To achieve this, it is necessary to develop an entirely new type of tip-enhanced microscope, sensitive to the local magneto-optical properties of thin-film systems. Such an instrument will enable a completely new approach to the study of magnetic systems, opening the way to novel research directions, such as the organization of spin waves in nano-objects.

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