Offre de thèse
ISITE - Génération et propagation de courants de spin dans des hétérostructures magnétiques à l'échelle de temps femtoseconde
Date limite de candidature
30-06-2026
Date de début de contrat
01-10-2026
Directeur de thèse
MALINOWSKI Grégory
Encadrement
Le ou la doctorant·e travaillera sous la supervision de Dr. Grégory Malinowski et Dr. Jon Gorchon au sein du groupe de recherche Spintronique et Nanomagnétisme, dont les thèmes couvrent le développement de matériaux innovants pour les dispositifs de spintronique, le développement de capteurs magnétiques, ainsi que l'étude fondamentale des phénomènes physiques liés au magnétisme. Le projet sera mené en étroite collaboration avec le groupe du Prof. Bert Koopmans (co-encadrant) de l'Université de Technologie d'Eindhoven (Pays-Bas).
Type de contrat
école doctorale
équipe
DEPARTEMENT 1 - P2M : 101 - Electronique de spin et nanomagnétismecontexte
Dynamique ultrarapide de l'aimantation et courant de spin à l'échelle de temps de la femtosecondespécialité
Physiquelaboratoire
IJL - INSTITUT JEAN LAMOURMots clés
spintronique, dynamique ultrarapide de l'aimantation, magnéto-optique
Détail de l'offre
Lorsqu'une multicouche magnétique absorbe une impulsion laser femtoseconde intense, cela déclenche à la fois une désaimantation ultra-rapide et la génération d'électrons chauds. Ces processus peuvent produire un courant de spin capable de renverser de l'aimantation d'une couche ou de déplacer de textures magnétiques telles que les parois de domaine [1, 2]. Bien que nos récentes expériences aient démontré avec succès l'inversion de l'aimantation par le biais de tels courants de spin [3–5], les mécanismes sous-jacents — incluant la désaimantation ultra-rapide, le transport dépendant du spin, le couple de transfert de spin (STT), et la dissipation thermique — restent complexes et ne sont pas encore totalement compris.
Ce projet de thèse vise à développer des méthodes efficaces pour générer et propager des courants de spin à des échelles de temps femtosecondes dans diverses hétérostructures magnétiques. Cette approche nous permettra de concevoir et de comprendre des dispositifs spintroniques ultra-rapides, combinant les idées et concepts de la magnéto-optique et de l'opto-magnétisme avec les phénomènes de transport de spin, enrichis par les possibilités offertes par la photonique pour une manipulation et un transport ultra-rapides et peu dissipatifs de l'information. Le projet s'appuie sur une collaboration de longue date entre deux groupes de recherche leaders dans ce domaine : le groupe Physics of Nanostructures de l'Université de Technologie d'Eindhoven (TU/e) et le groupe Spin de l'Institut Jean Lamour (UL-CNRS). Le projet tirera parti des techniques optiques et de croissance de pointe ainsi que des expertises complémentaires des deux équipes. Cette collaboration nous permettra ainsi de relever des défis fondamentaux et techniques complexes dans l'exploration et l'application des courants de spin ultra-rapides. Nous sommes convaincus que l'idée novatrice et disruptive d'utiliser des courants de spin induits par laser dans une perspective applicative nous permettra de progresser vers des technologies numériques plus respectueuses de l'environnement.
Le ou la doctorant·e sélectionné·e étudiera et évaluera l'efficacité de la génération de courants de spin purs suite à la démagnétisation ultra-rapide induite par laser, leur propagation et leur interaction avec un autre matériau magnétique dans divers systèmes. Le ou la doctorant·e travaillera sur des dispositifs magnéto-optiques résolus en temps à la pointe de la technologie et acquerra une expertise approfondie en spintronique, magnétisme et optique ultra-rapide.
Keywords
spintronics, Ultrafast magnetization dynamics, magneto-optics
Subject details
When a magnetic multilayer absorbs a strong femtosecond laser pulse, it triggers both ultrafast demagnetization and the generation of hot electrons. These processes can produce a spin current capable of manipulating magnetic states—such as reversing layer magnetization or driving magnetic textures like domain walls [1,2]. While our recent experiments have successfully demonstrated magnetization reversal via such spin currents [3–5], the underlying mechanisms—including ultrafast demagnetization, spin-dependent transport, spin transfer torque (STT), and heat dissipation—remain complex and not yet fully understood. This PhD project focuses on developing efficient methods for generating and propagating spin currents on femtosecond timescales across diverse magnetic heterostructures. This approach will allow us to develop and understand ultrafast spintronics devices, which combine the ideas and concepts of magneto-optics and opto-magnetism with spin transport phenomena, supplemented with the possibilities offered by photonics for ultrafast low-dissipative manipulation and transport of information. The project builds on a long-standing collaboration between two world leading groups in this area, the Physics of Nanostructures group at Eindhoven University of Technology (TU/e) and the Spin group at Institut Jean Lamour (UL-CNRS). The project will leverage state-of-the-art optical and growth techniques as well as the complementary expertise of both teams. This collaboration will thus allow us to tackle complex fundamental and technical challenges in the exploration and application of ultrafast spin currents. We are convinced that the novel and disruptive idea of using laser induced spin currents in an application perspective will allow us to move toward more environment friendly digital technologies. The selected PhD student will investigate and evaluate the efficiency of the generation of the pure spin currents following laser induced ultrafast demagnetization, their propagation and their interaction with another magnetic material in a number of systems. The student will work on state-of-the-art time resolved magneto-optical setups and they will extensively learn about spintronics, magnetism and ultrafast optics.
Profil du candidat
- Des connaissances en physique de l'état solide, incluant le magnétisme et les propriétés de transport électronique, sont essentielles.
- Une bonne maîtrise de l'anglais (oral et écrit) est très importante, et la connaissance du français serait un atout, mais n'est pas obligatoire.
- En tant que chercheur ou chercheuse enthousiaste, vous aimez travailler en équipe, appréciez un environnement international et avez une approche flexible pour collaborer entre différents laboratoires.
- Vous êtes prêt·e à passer plusieurs mois à Eindhoven.
- Vous avez un intérêt pour le travail à la fois expérimental et théorique.
Candidate profile
- Knowledge of Solid State Physics, including magnetism and electronic transport properties is essential.
- Knowledge of English (oral and written) is very important and knowledge of French would be an advantage but not mandatory.
- As an enthusiastic researcher you like team work, enjoy working in an international environment and have a flexible approach to collaborating between different laboratories.
- You are willing to spend several months in Eindhoven.
- You have interest in both experimental and theoretical work.
Référence biblio
[1] S. Iihama, Y. Xu, M. Deb, G. Malinowski, M. Hehn, J. Gorchon, E. E. Fullerton, and S. Mangin, Single-Shot Multi-Level All-Optical Magnetization Switching Mediated by Spin Transport, Adv. Mater. 30, 1804004 (2018).
[2] J. Igarashi, Q. Remy, S. Iihama, G. Malinowski, M. Hehn, J. Gorchon, J. Hohlfeld, S. Fukami, H. Ohno, and S. Mangin, Engineering Single-Shot All-Optical Switching of Ferromagnetic Materials, Nano Lett. 20, (2020).
[3] Q. Remy, J. Hohlfeld, M. Vergès, Y. Le Guen, J. Gorchon, G. Malinowski, S. Mangin, and M. Hehn, Accelerating ultrafast magnetization reversal by non-local spin transfer, Nat. Commun. 14, 445 (2023).
[4] K. Ishibashi, J. Igarashi, A. Anadón, M. Hehn, Y. Le Guen, S. Iihama, J. Hohlfeld, J. Gorchon, S. Mangin, and G. Malinowski, Single-Shot Magnetization Reversal in Ferromagnetic Spin Valves via Heat Control, Phys. Rev. Lett. 135, 116702 (2025).
[5] J. Igarashi, W. Zhang, Q. Remy, E. Díaz, J. Lin, J. Hohlfeld, M. Hehn, S. Mangin, J. Gorchon, and G. Malinowski, Optically induced ultrafast magnetization switching in ferromagnetic spin valves, Nat. Mater. 22, 725 (2023).