Skyrmionique ab initio multi-échelle dans les aimants 2D – MATRICES

Les skyrmions magnétiques sont des pseudo-particules composées de structures de spin chirales topologiquement protégées qui ont attiré une attention considérable en raison de leurs applications potentielles pour le stockage et le traitement de l’information. Jusqu'à présent, la communauté scientifique a étudié ces objets principalement dans des aimants massifs, des couches magnétiques ultra-minces et des multicouches. Dans ce projet, nous proposons d’étudier numériquement les skyrmions dans des aimants bidimensionnelles (2D) nouvellement découverts et dans leurs hétérostructures de van der Waals. Tout d'abord, nous utiliserons la théorie de la fonctionnelle de densité non colinéaire combinée à des simulations de dynamique de spin atomistiques pour modéliser et proposer des hétérostructures optimales pour stabiliser des skyrmions dans des aimants 2D. En particulier, nous fournirons une compréhension plus approfondie de la compétition entre l'interaction Dzyaloshinskii-Moriya (DMI) et les interactions d'échange d'ordre supérieur (HOI) pour la stabilisation du skyrmion. Ensuite, les systèmes sélectionnés comme étant optimums seront étudiés en ajoutant deux électrodes non magnétiques pour former des jonctions tunnel planaires, une voie technologiquement prometteuse pour la détection tout électrique. Pour cela, nous développerons une plateforme de transport spin-orbite grande-échelles ab initio qui nous permettra de modéliser le transport quantique réaliste à travers des skyrmions. Nous implémenterons deux méthodes, dans le cadre du formalisme des fonctions de Green hors équilibre (NEGF): Une méthode de projection orbitale pour réduire significativement la taille de l'hamiltonien et l’autre méthode de « self-energy » dans l'espace réel qui permettra de supprimer toutes les conditions aux limites périodiques. L'effet tunnel de magnétorésistance anisotrope et la magnétorésistance non colinéaire seront évaluées par NEGF, au-delà de l'approximation souvent utilisée de Tersoff-Hamann qui présente de nombreuses limitations. Enfin, nous étudierons le couple spin-orbite induit par le courant dans des hétérostructures de van der Waals. Nous explorerons également comment la DMI et les termes HOI sont modifiés par des courants de spin hors équilibre, excités par un courant de charge circulant dans le plan de l'hétérostructure afin de déterminer de nouveaux moyens pour le contrôle électrique effectif des skyrmions.