Thèse Étude Théorique de la Dynamique des Spins à Températures Finies H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Grenoble Alpes
École doctorale : PHYS - Physique
Laboratoire de recherche : PHotonique, ELectronique et Ingéniérie QuantiqueS
Direction de la thèse : Mike ZHITOMIRSKY ORCID 0000000211432904
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-11T23:59:59

Les simulations numériques jouent un rôle de plus en plus important dans la recherche scientifique. Au cours des 50 dernières années, les méthodes de Monte Carlo ont révolutionné le domaine de la mécanique statistique. Initialement utilisées pour étudier des modèles de spin simples, ces techniques peuvent désormais être appliquées à des modèles magnétiques réalistes. Ce projet se concentre sur la famille des aimants de Van der Waals quasi bidimensionnels, qui suscitent actuellement un vif intérêt pour les applications spintroniques. En raison de leur structure composée de quelques couches atomiques, ces matériaux présentent un intérêt fondamental en tant qu'exemples de systèmes de spin bidimensionnels idéaux. Un autre système magnétique intéressant à prendre en compte est un ferrimagnétisme à proximité de son point de compensation, où l'on s'attend à l'apparition de nouvelles propriétés dynamiques du spin, à la fois similaires à celles des ferromagnétiques et des antiferromagnétiques.
La compréhension théorique et la modélisation de la dynamique des spins constituent un problème de longue date en magnétisme qui présente un intérêt direct pour un large éventail d'études fondamentales menées dans des installations de neutrons et de synchrotrons, ainsi que pour les applications en spintronique. Ce projet de thèse de doctorat sera consacré à l'étude combinée, numérique et analytique, de certains problèmes actuels dans le domaine de la dynamique des spins. Plus précisément, l'accent sera mis sur la simulation numérique des propriétés dynamiques de systèmes magnétiques à des températures finies. Les équations de précession de spin pour des spins individuels seront résolues numériquement sur des réseaux finis, puis combinées à des calculs de Monte Carlo. Cette approche nous permettra d'étudier les propriétés dynamiques à des températures arbitraires, au-dessus et en dessous des éventuelles transitions magnétiques. Un problème physique spécifique qui sera abordé à l'aide de cette technique est la présence de magnons « fantômes » pouvant apparaître à haute énergie dans l'état paramagnétique d'un système magnétique en couches. Le deuxième objectif de ce projet est d'effectuer une étude combinée analytique et numérique de la dynamique des magnons dans des aimants frustrés en présence d'un désordre structurel. Cette étude abordera notamment le problème des mécanismes concurrents de sélection de l'état fondamental dus aux fluctuations quantiques et aux réajustements locaux de spin induits par le désordre structurel.

Computer simulations play an increasingly important role in scientific research. The Monte Carlo methods developed in the past 50 years have revolutionized the field of Statistical Mechanics. Initially used to study simple spin models, the modern Monte Carlo techniques can now be applied to realistic magnetic models. The focus of this project is on the family of quasi two-dimensional Van der Waals magnets that are currently of great interest for spintronic applications. Because of their existence in a few atomic layers form, these materials are of great fundamental interest as examples of ideal two dimensional spin systems. Another interesting magnetic system to be considered is a ferrimagnet in the vicinity of its compensation point, where new spin dynamical properties resembling both ferro and antiferromagnets are expected to arise.

-Monte Carlo simulations of phase diagrams for selected van der Waals (vdW) magnets
-Temperature evolution of spin dynamics in vdW magnets
-Spin dynamics of ferrimagnets near the compensation point
-Competition between quantum fluctuations and structural disorder

Student will be responsible for developing a code for the spin dynamics and combining it with the existing Monte Carlo code. The choice, formulation and numerical simulations of the physical spin model(s) will proceed next. The obtained numerical results will be analyzed and described using the analytical spin-wave theory.