Cette thèse porte sur l’étude de la génération, la propagation et la détection d’ondes de spin dans des nanostructures et microstructures élaborées à partir de couches ultra-minces (quelques nanomètres d’épaisseur) de Y₃Fe₅O₁₂ (YIG). Ce travail se trouve à l’interface entre deux thématiques du magnétisme : la magnonique et la spintronique. Grâce aux effets spin-orbite dans des microstrutures YIG|Pt, il a été possible d’étudier et de manipuler la dynamique d’aimantation du YIG, un matériau utilisé de longues dates sous forme de films épais ou billes pour ses très faibles pertes magnétiques. Ce travail ouvre la voie au développement de circuits magnoniques submicroniques soit pour le traitement des signaux hyperfréquences pour les applications télécom soit pour la réalisation de circuits logiques dans la perspective du remplacement de la technologie CMOS (beyond-CMOS). Ce travail repose sur une expertise dans la croissance de films de YIG développée au laboratoire. Les couches ultra-minces de YIG ont été élaborées par ablation laser pulsée. Pour les meilleurs films ayant une épaisseur de 20 nm, la constante d’amortissement de Gilbert caractérisant les pertes des films, estimée par résonance ferromagnétique, est typiquement de α=3x10⁻ 4. Cette avancée cruciale sur l’aspect matériau a ouvert au début de ma thèse un champ de possibilités pour la réalisation et l’étude de dispositifs magnoniques. En effet, la diminution des épaisseurs a permis d’ouvrir le YIG au domaine de la micro/nanofabrication, levant ainsi un verrou technologique vieux de plusieurs décennies. Nous avons donc pu montrer par des mesures inductives et optiques que la propagation d’ondes de spin dans des guides d’onde de YIG de 20 nm d’épaisseur pouvait être faite sur plusieurs dizaines de microns. Prouvant que la structuration des films de YIG n’altère pas la propagation des ondes de spin ouvrant la voie vers la réalisation de circuits magnoniques plus complexes. En structurant ces films de YIG pour obtenir des cristaux magnoniques, il est possible de générer une modulation spatiale du potentiel vu par les ondes de spin, se traduisant par l’apparition de bande interdite (ou gap) dans la transmittance de fréquences. L’étude de la propagation des ondes de spin dans un cristal a montré l’apparition d’un gap par des mesures BLS, accompagnée par une augmentation de l’atténuation pour la longueur d’onde de Bragg. Pour la première fois dans des films ultra-minces de YIG, ce gap montre la possibilité de réaliser une fonctionnalité de filtrage fréquentiel. La preuve de concept a été validée pour un cristal magnonique adapté pour l’intégration à des dispositifs magnoniques. Afin de manipuler et exciter la dynamique d’aimantation du YIG, nous avons dans une deuxième partie réalisée des microstructures à base de bicouche YIG|Pt. L’injection d’un courant électrique dans le Pt donne naissance, grâce à l’effet Hall de spin, à une accumulation de spin qui se couple à l’interface avec l’aimantation du YIG et permet ainsi d’exercer un couple de transfert de spin (STT) et de générer une dynamique d’aimantation du YIG. Nous avons mis en évidence la modulation d’un facteur cinq de la longueur d’atténuation des ondes de spin se propageant dans une piste YIG|Pt grâce à l’amplification des ondes de spin par STT. Ce contrôle efficace de l’atténuation s’avère très intéressant pour le transport d’information porté par les ondes de spin, afin d’amplifier ou supprimer les ondes de spin et donc sélectionner l’information transmise. Par ailleurs, au-delà d’un courant critique d’injection, nous avons pu observer des auto-oscillations de l’aimantation du YIG à la fois dans des plots ou des pistes. Ce résultat confirme la possibilité d’exciter électriquement la dynamique d’aimantation du YIG par STT. Une étude rigoureuse de ce régime a été effectuée dans des microdisques YIG|Pt pour déterminer le comportement des auto-oscillations et imager les modes d’ondes de spin excités dans le YIG. / The aim of this thesis is to study the generation, propagation and detection of spin waves in nanostructures and microstrutures based on ultrathin (a few nanometers thickness) Y₃Fe₅O₁₂ (YIG) films. This work is at the interface between two fields of magnetism: magnonics and spintronics. Thanks to spin-orbit effects in YIG|Pt microstructures, it has been possible to study and manipulate YIG magnetization dynamic, a material known and used for a long time as thick films or spheres due to its very low magnetic losses. This work opens the path towards the development of submicronic magnonic circuits either for processing radiofrequency signals of for the realization of spin waves logic devices for a future beyond-CMOS technology. Prior to the present work, a significant efforts have been made in the lab to grow epitaxial nanometer thick YIG films by pulsed laser deposition (PLD). It was possible to reduce the film thickness down to a few nanometers while preserving excellent magnetic properties. For the best YIG films having a thickness of 20 nm, ferromagnetic resonance measurements yield a Gilbert magnetic damping of α=3x10⁻ 4 . This value is comparable to micrometer thick YIG films grown by liquid phase epitaxy (LPE). This important step forward on the material aspect opened new possibilities for the realization of magnonic devices that can have a large impact on the ICT industry. Indeed, microfabrication of YIG is now possible thanks to the advent of high quality nanometer thick YIG films. Thus, we have observed the propagation of spin waves in 20-nm thick, 2.5 µm wide YIG waveguides over large distances using inductive and optical detection. Spin-wave propagation characteristics are not affected by microstructuration opening the path to the reliable design of complex magnonic circuits.By structuring YIG films to obtain magnonic crystals, it is possible to generate spatial modulation of the potential seen by spin waves, resulting in the appearance of gaps in the transmittance in frequency. To do so, magnonic crystals implemented in form of microscopic waveguides whose width is periodically varied, were fabricated. The study of spin-wave propagation showed the appearance of a gap accompanied by an increase of the spin-wave attenuation length due to Bragg reflection. For the first time in ultrathin YIG films, this gap shows the possibility to realize radiofrequency filtering. In order to manipulate and excite YIG magnetization dynamics, we have designed YIG|Pt microstructures either stripes or microdisks. Thanks to the spin Hall effect, an electrical current passing in Pt generates a transverse spin accumulation coupled at the interface to the YIG’s magnetization making it possible to exert spin transfer torque (STT). We have highlighted an efficient modulation, by a factor of five, of the spin-wave attenuation length. This control on the decay constant proves to be very interesting for the transport of information using spin waves as data carriers, in order to be able to amplify or suppress spin waves and to select transmitted information. In addition, beyond a critical current, we have induced auto-oscillations of YIG magnetization, either in stripes of microdisks, confirming the possibility to electrically excite YIG magnetization dynamics using STT. A rigorous study of this nonlinear regime has been carried out in YIG|Pt microdisks to determine auto-oscillations behavior and to observe directly dynamic modes excited in YIG.

L'étude du déplacement des parois de domaines magnétiques au moyen d'un courant électrique, par couple de transfert de spin, a généré beaucoup d'intérêt ces dernières années, notamment depuis que de nouveaux dispositifs de mémoires magnétiques utilisant cet effet ont été proposés. Récemment, un nouveau mécanisme capable de propager les parois sous courant avec une grande efficacité a été mis en évidence dans les matériaux tri-couches à anisotropie perpendiculaire et à fort couplage spin-orbite. La compréhension de ce mécanisme, appelé couple de spin-orbite, reste néanmoins loin d'être acquise, tout comme son effet sur la propagation des parois de domaines.L'objectif de ce travail de thèse était d'étudier l'influence de ce couple de spin-orbite sur la dynamique des parois. Pour cela, j'ai étudié expérimentalement le déplacement de paroi sous l'action d'un courant et d'un champ magnétique dans une tri-couche de Pt/Co/AlOx en présence d'un champ magnétique planaire, utilisé pour modifier la structure interne de la paroi et ainsi moduler l'action du couple de spin-orbite sur la dynamique de celle-ci. Ce travail a permis de mettre en évidence l'existence d'un effet asymétrique dans la dynamique de la paroi pour ce type de système.Pour expliquer ce résultat, nous avons proposé une nouvelle structure de paroi dans les matériaux ultra-minces à anisotropie perpendiculaire, résultant de l'interaction Dzyaloshinskii-Moriya. En combinant des calculs analytiques et des simulations micro-magnétiques, la dynamique d'une telle paroi a été étudiée et comparée aux résultats expérimentaux. Enfin, toujours dans le but d'expliquer l'effet asymétrique observé expérimentalement, une seconde interprétation basée sur la présence d'un mécanisme d'amortissement anisotrope a également été proposée. / The study of current-induced magnetic domain wall motion through spin transfer torque has attracted a lot of attention in recent years, especially since new magnetic memories devices based on this effect have been proposed. Recently, a new mechanism allowing for highly efficient current-induced domain wall motion has been discovered in ultrathin asymmetric materials with perpendicular magnetic anisotropy and high spin-orbit coupling. However this mechanism, named spin-orbit torque, and its effect on domain wall motion are not yet well understood.The objective of this work was to study the influence of this spin-orbit torque on domain wall motion. For that, I have studied field- and current-induced domain wall motion in Pt/Co/AlOx trilayer, in the presence of an in-plane magnetic field. This work allowed highlighting the existence of an asymmetric effect in the domain-wall dynamics of this system.In order to explain this result, we have proposed a new kind of domain wall structure, resulting from Dzyaloshinskii-Moriya interaction in materials with perpendicular magnetic anisotropy and high spin-orbit coupling. Using analytic calculations and micro-magnetic simulations, this domain wall dynamics has been studied and compared to the experimental results. Finally, a second approach based on the presence of an anisotropic damping mechanism has also been proposed to explain the asymmetric effect observed experimentally.