Un des challenges actuels dans le domaine de la spintronique est son extension vers des systèmes dits de nanospintronique, où les dimensions sont réduites à l’échelle du nanomètre, avec comme système modèle un nano-aimant unique. La découverte de nouveaux moyens pour contrôler l’aimantation dans ces nano-aimants, pourrait avoir des applications pour les technologies de l’information. Dans le cadre de cette thèse nous nous sommes intéressés plus particulièrement aux nouveaux effets liés à l’accumulation de charges électriques au sein de films magnétiques ultraminces, aussi appelés effets de champ électrique. Nous avons étudié l’effet de l’application d’un champ électrique sur les différents paramètres magnétiques propres à nos films, via des mesures de magnéto-transport et magnéto-optique. Ces mesures ont été conduites sur une tri-couche de Pt/Co/AlOx présentant un gradient d’oxydation pour l’alumine. L’oxydation de cette interface étant contrôlée à l’échelle nanométrique, une large gamme de paramètres magnétiques est donc accessible au sein d’un seul et même échantillon. Ceci représente un très bon outil d’étude pour les différents phénomènes intervenant dans ces tri-couches. La caractérisation fine de ces échantillons a permis de mettre en évidence une zone pour laquelle des propriétés très intéressantes ont été observées (domaines spontanément désaimantés, bulles skyrmioniques). La proximité de la température de Curie (Tc) de cette zone avec la température de mesure (ambiante) en est la cause principale. Ces bulles skyrmioniques font actuellement l’objet de beaucoup de recherche au niveau national et international, étant considérées comme potentiellement très attractives pour des applications de type mémoire et logique magnétique. L’originalité de ce travail de thèse a été de montrer que ces bulles skyrmioniques sont fortement influencées par le champ électrique, dû au fort contrôle des propriétés magnétiques de cette zone (anisotropie, champ coercitif, aimantation à saturation, facteur DMI). Nous proposons le design d’un interrupteur nanométrique permettant de créer ou effacer ces bulles skyrmioniques grâce à un champ électrique, levant ainsi un verrou important pour la mémoire/logique magnétique basée sur ces bulles skyrmioniques. La potentialité de ces nouveaux effets pour réaliser un renversement ’aimantation/une création de bulles skyrmioniques, assistés par champ électrique, a été étudiée à des plages de températures et d’anisotropies adaptées pour ces applications (température ambiante). / A current challenge in the field of spintronics is the development of functional nanospintronics systems, in which the dimensions of the device are confined to the nanometer scale. The model system is called a single nano-magnet. New possible routes to control its magnetisation could be useful for many applications, in particular, those in the area of information technology. During this PhD, we chose to study the particular effects that are linked to the electric charge accumulation in the nano-magnet. This effect, also known as the electric field effect, were studied on the different magnetic properties of our films. They were probed by magneto-transport and magnetooptical measurements. These measurements were conducted on asymmetric Pt/Co/AlOx trilayers. These structures were sputter-deposited on a wedge shape for the alumina. This leadingto a nanometric control of the oxidation degree of the interface. Then, a wide range of magnetic parameters is available on a unique sample. Systematic caracterization of these structures showed an interesting zone for magnetic properties (spontaneous striped domains, skyrmionic bubbles). The observation of this type of magnetic object is directly linked to the weak Curie temperature(Tc) of this zone (close to room temperature. Skyrmionic bubbles are subject to lots of international studies. They are potentially attractive for memories or logic devices development. The key result of this PhD was to show the strong dependence of magnetic skymionic bubbles with electric field application. The full electrical switch of these objects has been achieved, due to the strong electrical control of the different magnetic properties. To induce electric-field assisted magnetisation reversal/skyrmionic bubbles nucleation, studies were performed for an adapted range of temperatures and anisotropies (room temperature).

Des mesures d’ondes de spin propagatives ont été réalisées pour caractériser deux effets de l’interaction spin-orbite ainsi que le transport électrique dépendant du spin. Les effets du couplage spin-orbite ont été étudiés dans des bicouches nickel-fer/platine. Dans ces films, les fréquences de deux ondes de spin contre-propageantes ne sont pas les mêmes, ce qui est attribué à l’effet combiné d’une interaction magnétique chirale appelée interaction Dzyaloshinskii-Moriya et d’une asymétrie dans l’épaisseur du film magnétique. En appliquant le courant électrique dans ce système nous avons observé une modification du taux de relaxation de l’onde de spin qui est attribuée au transfert de spin induit par effet Hall de spin. D’autre part, les études de propagation d’ondes de spin dans une couche mince de fer épitaxié à température ambiante ont montré une polarisation en spin du courant électrique de 83%, ce qui est attribué à une forte asymétrie du couplage électron-phonon. / Propagating spin wave measurements were realised to characterize two spin-orbit related phenomena, as well as spin dependent electrical transport. The effects of spin-orbit coupling have been studied in nickel-iron/platinum bilayers. It has been shown that in these films the frequencies of two counter-propagating spin waves are not the same, which is attributed to the combined effects of a chiral magnetic interaction named Dzyaloshinskii-Moriya interaction and an asymmetry of the magnetic properties across the film thickness. By applying an electrical current in such system we have observed a modification of the spin wave relaxation rate due to the spin transfer torque induced by spin Hall effect. On the other hand, from the study of spin wave propagation in thin epitaxial iron films at room temperature, a degree of spin polarization of the electrical current of 83% was extracted, which is attributed to a significant spin-asymmetry of the electron-phonon coupling.

Over the last two decades, great progress has been made in the understanding of multiferroic materials, ones where multiple long-range orders simultaneously exist. However, much of the research has focused on bulk systems. If these materials are to be incorporated into devices, they would not be in bulk form, but would be miniaturized, such as in nanoparticle form. Accordingly, a better understanding of multiferroic nanoparticles is necessary. This manuscript examines the multiferroic phase diagram of multiferroic nanoparticles related to system size and surface-induced magnetic anisotropy. There is a particular focus on bismuth ferrite, the room-temperature antiferromagnetic-ferroelectric multiferroic. Theoretical results will be presented which show that at certain sizes, a bistability develops in the cycloidal wavevector. This implies bistability in the ferroelectric and magnetic moments of the nanoparticles. This novel magnetoelectric bistability may be of use in the creation of an electrically-written, magnetically-read memory element. / Graduate