Offre de thèse
ANR - Manipulation optique de domaines magnétiques par faisceaux laser annulaires et nanophotonique plasmonique
Date limite de candidature
30-06-2026
Date de début de contrat
01-10-2026
Directeur de thèse
MANGIN Stéphane
Encadrement
Le doctorant sera encadré par Stéphane Mangin au sein de l'équipe SPIN de l'Institut Jean Lamour, en interaction étroite avec Julius Hohlfeld pour les aspects liés aux expériences laser ultrarapides, au contrôle optique de l'aimantation et à l'imagerie magnéto-optique. Le projet bénéficiera également d'un séjour long à CIC nanoGUNE, sous la supervision scientifique de Paolo Vavassori, pour développer les aspects liés à la plasmonique, à la nanophotonique et au confinement optique à l'échelle nanométrique. L'avancement des recherches sera suivi par des réunions régulières avec l'équipe d'encadrement, complétées par des points d'étape formels permettant de définir les objectifs expérimentaux, d'analyser les résultats obtenus et d'adapter le programme de travail. Le doctorant suivra les formations proposées par l'École Doctorale et sera encouragé à présenter ses résultats en réunions d'équipe, séminaires, conférences internationales et publications scientifiques.
Type de contrat
école doctorale
équipe
DEPARTEMENT 1 - P2M : 101 - Electronique de spin et nanomagnétismecontexte
Le contrôle tout optique de l'aimantation a démontré que des impulsions laser femtosecondes peuvent agir directement sur l'ordre magnétique. Les faisceaux structurés, et en particulier les faisceaux annulaires, ouvrent une voie nouvelle pour confiner et déplacer des domaines magnétiques par des gradients d'énergie de paroi induits optiquement. L'association de cette approche avec la nanophotonique plasmonique pourrait permettre de réduire l'énergie nécessaire et d'améliorer la localisation spatiale du contrôle magnétique.spécialité
Sciences des Matériauxlaboratoire
IJL - INSTITUT JEAN LAMOURMots clés
Magnétisme ultrarapide, Commutation tout optique, Faisceaux laser annulaires, Nanophotonique plasmonique, Domaines magnétiques, Mouvement de parois de domaines
Détail de l'offre
La croissance exponentielle des données numériques, portée par l'intelligence artificielle, le calcul haute performance et le cloud, nécessite de nouveaux concepts de mémoires non volatiles, rapides et sobres en énergie. Les mémoires magnétiques fondées sur les matériaux spintroniques constituent une voie très prometteuse, mais leur développement demande de nouvelles méthodes permettant d'écrire, déplacer et contrôler l'information magnétique sans courant électrique, sans échauffement Joule important et sans architectures complexes.
Ce projet de thèse vise à développer une compréhension expérimentale et physique de la manipulation optique de domaines magnétiques à l'aide de faisceaux laser annulaires. Dans des multicouches Pt/Co/Pt à anisotropie magnétique perpendiculaire, les impulsions laser femtosecondes peuvent contrôler l'aimantation et déplacer des domaines par des gradients thermiques et magnétiques induits optiquement. Le doctorant étudiera la relation entre commutation tout optique, mouvement de parois de domaines et effet de pince optique induit par des faisceaux annulaires.
Le projet explorera ensuite l'apport de la nanophotonique plasmonique afin d'amplifier localement les champs optiques et les gradients thermiques. Cette partie sera menée en collaboration avec CIC nanoGUNE, en combinant géométries de pinces optiques, nanostructures plasmoniques et confinement de la lumière à l'échelle nanométrique. L'objectif à long terme est d'établir de nouveaux principes pour des dispositifs de mémoire magnétique contrôlés par lumière structurée, rapides, sans contact et à faible consommation d'énergie.
Keywords
Ultrafast magnetism, All-optical switching, Annular laser beams, Plasmonic nanophotonics, Magnetic domains, Domain-wall motion
Subject details
The exponential growth of digital data, driven by artificial intelligence, cloud computing and high-performance computing, calls for new memory concepts combining non-volatility, ultrafast operation and very low energy consumption. Magnetic memories based on spintronic materials are promising candidates, but their future development requires new approaches to write, move and control magnetic information without electrical currents, Joule heating or complex nanofabricated tracks. This PhD project aims to develop a detailed experimental and physical understanding of optical manipulation of magnetic domains using annular femtosecond laser beams. In Pt/Co/Pt multilayers with perpendicular magnetic anisotropy, femtosecond laser pulses can control magnetization and displace magnetic domains through optically induced thermal and magnetic gradients. The PhD student will investigate the relation between all-optical switching, domain-wall motion and annular-beam-driven optical tweezer effects. The project will then explore how plasmonic nanostructures can locally enhance optical fields and thermal gradients. This part will be developed in collaboration with CIC nanoGUNE by combining laser-tweezer geometries, plasmonic nanostructures and nanoscale optical confinement. The long-term ambition is to establish new principles for magnetic-memory devices controlled by structured light, with ultrafast, contactless and low-energy operation.
Profil du candidat
Le candidat devra posséder une solide formation en physique de la matière condensée, nanophysique, science des matériaux ou optique. Des connaissances en magnétisme, spintronique, optique laser, phénomènes ultrarapides, couches minces ou nanofabrication seront appréciées. Le projet est principalement expérimental et nécessite une forte motivation pour le travail sur montages optiques, films minces magnétiques, imagerie et analyse de données. Le candidat devra faire preuve de curiosité scientifique, d'autonomie, de rigueur et d'un intérêt pour le travail dans un environnement international entre Nancy et nanoGUNE.
Candidate profile
The candidate should have a strong background in condensed matter physics, nanophysics, materials science or optics. Knowledge of magnetism, spintronics, laser optics, ultrafast phenomena, thin films or nanofabrication will be highly appreciated. The project is mainly experimental and requires strong motivation for hands-on work with optical setups, magnetic thin films, imaging techniques and data analysis. Scientific curiosity, autonomy, rigor and motivation for collaborative research in an international environment between Nancy and nanoGUNE are essential.
Référence biblio
1. C. D. Stanciu et al., All-optical magnetic recording with circularly polarized light, Physical Review Letters 99, 047601, 2007.
2. A. V. Kimel and M. Li, Writing magnetic memory with ultrashort light pulses, Nature Reviews Materials 4, 189–200, 2019.
3. S. Mangin et al., Engineered materials for all-optical helicity-dependent magnetic switching, Nature Materials 13, 286–292, 2014.
4. M. Finazzi et al., Laser-induced magnetic nanostructures with tunable topological properties, Physical Review Letters 110, 177205, 2013.
5. P. Vavassori et al., Magnetic nanostructures and plasmonic control at the nanoscale, relevant literature from the nanoGUNE Nanomagnetism group.