Les composés manganites pérovskites sont des candidats potentiels pour des applications magnétiques et magnétorésistives. Ils connaissent un regain d’intérêt ces dix dernières années et la croissance de monocristaux est devenue nécessaire pour mieux comprendre et améliorer l’étude des propriétés physiques menées en amont sur des couches minces de mêmes compositions. A travers cette étude, nous nous sommes tout particulièrement intéressés au composé La0.8Sr0.2MnO3 élaboré dans un four à image par la technique de fusion de zone. Il présente ses propriétés les plus intéressantes au voisinage de la température ambiante. Les paramètres structuraux et texturaux ont été analysés par microscopie en champ proche, microscopie à balayage et en transmission. On a ainsi pu observer des macles sur toute la surface des échantillons et aussi des défauts amorphes de taille nanométrique, mais aucun joint de grain n’a été relevé. Dans la partie centrale, ces derniers, en plus grand nombre, modifient les interactions magnétiques entre domaines. En revanche, sur le bord, comme la cristallinité est meilleure, le couplage magnétique est plus fort. Une mise en ordre des domaines magnétiques s’impose alors selon un axe de facile aimantation. En transport, des effets de non linéarité dus au chauffage de type Joule ont été observés en régime de courant alternatif. Après avoir établi dans quelle gamme des valeurs de courant la réponse était linéaire, les propriétés intrinsèques des monocristaux de La0.8Sr0.2MnO3 ont été étudiées. Ainsi nous avons mis en évidence des phénomènes de relaxation de la résistance à température ambiante. Par mesure de résistance locale, la coexistence de phase entre amas métalliques et matrice isolante a été montrée. Ceci permet d’interpréter nos mesures de transport en termes de percolation de domaines. Pour finir, en régime de courant continu, nous avons mis en évidence que, près de la température de Curie, les électrons conducteurs, polarisés en spin suivant la direction d’aimantation des domaines ferromagnétiques forts, retournent, sous l’effet d’un couple magnétique, les moments des domaines ferromagnétiques faibles de façon continue et réversible, pouvant générer une hausse de 30% de l’aimantation dans le matériau. / Perovskite manganite compounds are potential candidates for magnetic and magnetoresistive applications. They have known a resurge in interest during the last ten years and the growth of single crystals has become necessary to better understand and improve the study of the physical properties carried out on thin films of the same composition. In the present work, we were quite particularly interested in the La0.8Sr0.2MnO3 compound elaborated in an image furnace by the floating zone technique. Its most exciting properties can in fact be studied at room temperature. The structural and textural parameters were analyzed by near field microscopy, as well as by scanning and transmission microscopy. We were thus able to observe twins on the surface of all samples and also amorphous defects of nanometric size, but no grain boundaries were found. Concentrated mainly in the central part of the material, these modify the magnetic interactions between domains. On the other hand, near the edges, as the crystal structure is better maintained, the magnetic coupling is stronger. An ordering of the magnetic domains could be found, along an axis of easy magnetization. In transport, experiments non-linear effects due to Joule heating were observed in the alternating current regime. Having established in which range of current values the response was linear, the intrinsic properties of the La0.8Sr0.2MnO3 single crystals were studied, for example, relaxation phenomena of the resistance at room temperature. By measuring the spreading resistance, the phase coexistence between metallic clusters and an insulating matrix was revealed. This allows us to interpret our transport measurements in terms of percolation of ferrometallic domains. To finish, in the direct current regime, we show that, near the Curie point, the conduction electrons, spin-polarized according to the magnetization direction of hard ferromagnetic domains, flip, under the influence of a magnetic torque, the moments of soft ferromagnetic domains in a continuous and reversible way, being able thereby to lead to an enhancement of up to 30 % of the magnetization in the material.

Les mémoires non-volatiles magnétiques à effet de couple de transfert de spin - STT-MRAM sont un nouveau type de mémoire pouvant remplacer les mémoires DRAM ou SRAM. Chaque point de mémoire STT-MRAM est une jonction tunnel magnétique sous forme d’un pilier de taille nanométrique, composée de deux couches magnétiques séparées par une barrière d'oxide. L'empilement multicouche doit être élaboré sous ultravide par épitaxie par faisceau moléculaire (M.B.E.) ou par pulvérisation cathodique (P.V.D.). Ces méthodes d’élaboration sont développées par la société Vinci Technologies (finançant ce travail de thèse par une bourse CIFRE). L’amplitude de la magnétorésistance tunnel, utilisée pour lire les informations stockées dans la mémoire, dépend de l'orientation relative des aimantations des deux couches magnétiques. Par ailleurs, l'écriture de l’information dans le dispositif est obtenue grâce à l'effet de couple de transfert de spin, qui permet la manipulation de l’aimantation en utilisant un courant polarisé. Enfin, la stabilité thermique du dispositif est donnée par la barrière en énergie séparant les deux orientations d'aimantation (vers le haut et vers le bas dans le cas d'un dispositif perpendiculaire). Pour que les STT-MRAM soient une technologie compétitive, la tension critique nécessaire au retournement de l’aimantation (tension d'écriture) ainsi que le temps de retournement doivent être réduits, tandis que la stabilité thermique doit rester suffisamment élevée pour assurer la conservation de l'information. Au cours de ma thèse, en collaboration avec Vinci Technologies, les équipements nécessaires à la croissance des couches minces composant les jonctions tunnels (M.B.E. et P.V.D.) ont été optimisées. Grâce à cela, nous avons pu obtenir des couches minces avec une anisotropie perpendiculaire (hors du plan) bien caractérisée. J'ai ensuite concentré mon étude sur les dispositifs STT-MRAM industriels (IBM et STT) présentant une aimantation perpendiculaire pour comprendre le mécanisme de retournement de l’aimantation induite par le courant. J'ai alors pu identifier les paramètres pertinents influençant la valeur de la tension de retournement et proposer des solutions pour l'abaisser tout en préservant la stabilité thermique. Grâce à une étude concernant la probabilité de retournement d'aimantation, comparée à une modélisation macrospin et micromagnétique, j'ai mis en évidence un mécanisme de retournement variable en fonction de la configuration magnétique initiale. En effet, le champ rayonné par une couche magnétique sur une autre et la forme de la jonction tunnel ont un impact important sur la manipulation de l'aimantation / Spin Transfer Torque - Magnetic Random Access Memories – STT-MRAM – are developed as a new type of memory which could replace DRAM or SRAM. In the case of STT- MRAM, each memory point is a nanopillar magnetic tunnel junction composed of two magnetic layers separated by an oxide barrier. The multilayer stack can be grown under ultra-high vacuum using Molecular Beam Epitaxy (MBE) or Physical Vapor Deposition (PVD). Those systems are developed by the company Vinci Technologies (sponsoring this PhD work). The tunnel magnetoresistance signal which depends on the relative orientation of the two magnetizations is used to read the information stored in the device. The writing of the information in the device is realized thanks to the spin transfer torque effect, which allows magnetization manipulation using a spin current. The thermal stability of the device is given by the energy barrier separating the two magnetization orientations (up and down in the case of a perpendicular device). For STT-MRAM to be a competitive technology, the critical voltage needed for magnetization switching (writing voltage) as well as the switching time have to be reduced while the thermal stability remains high enough to ensure the retention of information. During my thesis, in collaboration with Vinci-Technologies several tools to grow thin films have been optimized. With such equipment, we were able to grow thin films with well characterized perpendicular (out-of-plane) anisotropy. I have then focused my study on industrial STT-MRAM devices (from two companies: IBM and STT) with an out-of-plane magnetization direction so as to understand the mechanism of current induced magnetization switching. By doing so, I could identify the relevant parameters influencing the switching voltage value and propose solutions to lower it while preserving thermal stability. Through a probabilistic study of magnetization reversal, coupled with macrospin and micromagnetic modeling studies, I have evidenced different switching mechanisms depending on the initial magnetic configuration. Indeed both the stray field from one magnetic layer to the other and the shape of the nanopillar have a large impact on magnetization manipulation