Etude de la réponse statique et dynamique de la paroi de Néel dans les couches minces magnétiques PDF Download

Author: Eva Dieudonne
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Author: Alexandre Lopez
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Dans cette thèse, nous avons étudié la dynamique des parois de domaine sous courant dans des couches ferromagnétiques ultra-minces de type métal lourd/ métal ferromagnétique/ oxyde présentant un fort couplage spin-orbite. Dans ces systèmes, deux éléments liés au fort couplage spin-orbite et l'asymétrie structurelle d'inversion jouent un rôle clé sur la dynamique des parois : d'une part, l'amplitude des couples de spin-orbite (SOT) exercés sur la paroi lors de l'injection de courant; d'autre part, l'amplitude de l'interaction Dzyaloshinskii-Moriya qui stabilise la structure Néel interne de la paroi. L'objectif de ce travail a été de caractériser les couples agissant sur la paroi induits par le courant ainsi que l'amplitude de l'interaction DMI.Pour y parvenir, j'ai mis au point une nouvelle technique de mesure basée sur la mesure des déplacements nanométriques induits par le courant d'une paroi piégée dans un nanoplot découpé dans le matériau magnétique. Cette mesure quasi-statique permet de s'affranchir des difficultés liées à la modélisation de la dynamique des parois magnétique sous courant en présence de défauts.Par ailleurs, le dispositif a été conçu de façon à ce que le courant et le champ magnétique externe statique puissent être appliqués dans différentes directions orthogonales, ce qui permet séparer clairement les contributions des couples de transfert de spin (NA-STT) et de spin-orbite (DL-SOT).Les mesures ont permis de caractériser le couple exercé sur la paroi par le courant en fonction d'un champ magnétique planaire pour un empilement Pt/Co/AlOx et ceci pour quatre orientations champ/courant différentes. Les résultats permettent d'écarter l'hypothèse d'une structure de type Bloch bi-stable.Dans le cas où le courant est injecté au travers de la paroi, la comparaison des résultats avec le modèle aboutit à une valeur du couple NA-STT très faible. Nos mesures faites avec le champ magnétique planaire permettent de conclure à un champ SOT de 7,5+/-0,5 Oe pour 10 MA/m2 en accord avec les résultats de couple publiés précédemment dans le cas d'une paroi de Néel. Si les deux configurations donnent de mesures de couple SOT similaire, elles ne permettent pas de conclure sur la valeur de DMI dans ce système. L'origine de ces valeurs contradictoires reste à expliquer.

Author: Emilie Jué
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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.

Author: Maryline Gloanec
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Pages : 154

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Le couplage d’échange entre une couche ferromagnétique (F) et une couche antiferromagnétique (AF) ne cesse d’intriguer la communauté du magnétisme depuis sa découverte il y a plus de 50 ans. Ces 20 dernières années ont vu les recherches sur ce phénomène s’intensifier, en partie, du fait de l’émergence de l’électronique de spin et de son utilisation dans les technologies du stockage de l’information. L’enregistrement magnétique à haute densité de stockage necessitant des processus rapides de renversement de l’aimantation, il est d’un intérêt certain d’étudier la dynamique de l’aimantation dans le régime de la nanoseconde et d’acquérir une bonne compréhension des processus de relaxation et des interactions magnétiques dans les systèmes couplés. Dans ce mémoire, nous présentons les études menées sur le système en couches minces NiFe(20nm)FeMn(20nm) couplé par échange F/AF. Le coeur du travail a consisté en la détermination des anisotropies et l’étude de la relaxation magnétique à température ambiante et à basse température. Dans ce but, nous avons couplé le travail de caractérisation - en statique (magnétométrie) et en dynamique (résonance ferromagnétique) - à celui de la simulation numérique par la mise en oeuvre du modèle DWF. Ce modèle reprend l’approche proposée par Mauri en autorisant la formation d’une paroi de domaine planaire dans la couche antiferromagnétique à l’interface F/AF. Le résultat majeur de cette thèse est la mise en évidence du processus de relaxation lente dans le système NiFe/FeMn aux basses températures. Ce processus de relaxation magnétique est à l’origine d’un apparent désaccord entre les valeurs du champ d’échange F/AF mesurées en statique et en dynamique. Les éléments responsables de ce mécanisme ont par ailleurs été identifiés : il s’agit d’impuretés de nature paramagnétique et non antiferromagnétique comme cela a été suggéré dans la littérature.

Author: ABDELKADER.. SERRAJ
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Pages : 261

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UNE ETUDE THEORIQUE ET EXPERIMENTALE DE LA DYNAMIQUE DES PAROIS A ETE EFFECTUEE DANS DES FILMS DE GRENAT FERRIMAGNETIQUES A ANISOTROPIE PERPENDICULAIRE EN FONCTION DE PARAMETRES PERTINENTS TELS QUE L'EPAISSEUR DU FILM OU UN CHAMP MAGNETIQUE SOIT EXTERIEUR, SOIT INTERNE INDUIT PAR UNE ANISOTROPIE ORTHORHOMBIQUE. UN MODELE DE PAROI 2D INTRODUISANT UNE DISTORSION AZIMUTALE DU PROFIL DE LA PAROI INDUITE PAR UN CHAMP DEMAGNETISANT INTER-DOMAINE CREE PAR LES CHARGES MAGNETIQUES EN SURFACE A ETE UTILISE. LES PROFILS STATIQUES ET DYNAMIQUES RESULTATS D'UNE COMPETITION ENTRE L'ENERGIE D'ECHANGE FAVORISANT UNE STRUCTURE DE BLOCH AU CENTRE DU FILM ET L'ENERGIE DEMAGNETISANTE INDUISANT UNE STRUCTURE DE NEEL PRES DES SURFACES, ONT ETE DETERMINES PAR RESOLUTION NUMERIQUE PAR LA METHODE DE NEWTON D'UNE EQUATION DIFFERENTIELLE QUE NOUS AVONS GENERALISEE A PARTIR DE L'EQUATION DE BASE PROPOSEE PAR SLONCZEWSKI. LES PROFILS DYNAMIQUES, LES MASSES EFFECTIVES, LES VITESSES CRITIQUES DE NUCLEATION DE LIGNE DE BLOCH HORIZONTALE ET LES VITESSES MAXIMALES DES PAROIS LEGERES ET LOURDES ONT ETE CALCULES POUR UN SYSTEME DE PAROIS ISOLEES PUIS PERIODIQUES. L'IMPORTANCE DE L'EPAISSEUR H DU FILM SUR CES STRUCTURES A ETE PRECISEE. LE COMPORTEMENT DYNAMIQUE DES PAROIS A ETE ANALYSE EXPERIMENTALEMENT A PARTIR DES MODES DE RESONANCE DES PAROIS EXCITES DANS DES FILMS DE GRENAT PRESENTANT UN CHOIX TRES LARGE DE LEURS PARAMETRES INTRINSEQUES, METTANT EN EVIDENCE UN EXCELLENT ACCORD ENTRE L'EXPERIENCE ET LE MODELE DE PAROIS 2D. DES FREQUENCES DE RESONANCE JUSQU'A 1.6 GHZ ONT ETE ENREGISTREES OUVRANT DES PERSPECTIVES D'ETUDE DE DYNAMIQUE DE PAROI DANS LA GAMME DES HYPERFREQUENCES. ENFIN, L'UTILISATION D'UNE TECHNIQUE DE DETECTION MAGNETO-INDUCTIVE TRES SENSIBLE A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE SANS AMBIGUITE LES MODES FLEXURAUX DES PAROIS QUI ONT ETE CONFRONTES AU MODELE THEORIQUE

Author: Alain Fessant
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Author: Valérie Grolier
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Languages : fr
Pages : 164

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Cette thèse présente une étude expérimentale, par mesure magnéto-optique, des propriétés magnétiques de films ultra-minces de cobalt en sandwich entre deux couches d'or, et de multicouches amorphes tb/fe. Pour au/co/au(111), j'ai mesuré, à 2k et aà300k, les contributions surfacique et volumique a l'anisotropie magnétique et ainsi mis en évidence à basse température une augmentation de l'épaisseur de basculement de l'axe de facile aimantation perpendiculairement au plan du film. A partir de l'observation des structures en domaines au cours du renversement de l'aimantation, j'ai attribué l'origine de la crcitivité au phénomène de propagation de parois et propose une interprétation de l'évolution du champ crcitif en fonction de l'épaisseur de la couche de cobalt et de la température. J'ai également étudié le mécanisme de re aimantation d'un état désaimanté obtenu après différentes histoires magnétiques. Pour des bicouches au/co/au/co/au(111) avec une épaisseur d'or intercalaire variable, l'allure du cycle d'hystérésis indique l'existence d'un couplage alternativement ferromagnétique et anti ferromagnétique suivant l'épaisseur de l'intercalaire d'or. Ce comportement oscillant, bien que prévu théoriquement, n'avait jamais été observé expérimentalement a travers l'or oriente (111). J'ai aussi étudié les possibilités d'écriture thermo magnétique: Difficile dans au/co/au, l'inscription thermo magnétique est accessible, pour les multicouches amorphes tb/fe, avec des puissances lumineuses moyennes et conduit à la formation de bulles dans différentes conditions de champ et de durée d'irradiation laser. j'ai interprété qualitativement l'évolution de la taille des domaines ainsi observée à partir du calcul de l'élévation de température et à la lumière de simulations effectuées pour d'autres matériaux magnéto-optiques

Author: Damien Michel Marcel Pain
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Languages : fr
Pages : 163

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@Les matériaux ferromagnétiques ont beaucoup d'applications dans l'industrie, de l'électrotechnique à l'enregistrement magnétique. Le travail porte sur l'étude des propriétés statiques et dynamiques des couches minces ferromagnétiques, déposées sur substrat souple par procède pvd. Les modèles classiques du gyromagnétisme rendent bien compte du comportement en hyperfréquence de certains de ces matériaux. Nous nous intéressons plus particulièrement aux cas atypiques. Pour réaliser cette étude, nous avons étendu la gamme de fréquence d'un permeamètre jusqu'a 6 ghz. Nous pouvons ainsi réaliser des mesures de susceptibilité transverse. Les théories d'Hoffmann sont en plus étendues aux fréquences de résonance sous champ magnétique statique. Certains films présentent spontanément des domaines en bandes très étroites, inférieures au micromètre. Un modèle énergétique adapté rend à la fois compte des cycles d'hystérésis mesures et des propriétés hyperfréquences. La finesse des pics de résonance est mise en évidence. Pour les films à faible anisotropie, nous avons montré que les modèles classiques du gyromagnétisme sont applicables. L'influence des domaines est également analysée. Une étude qualitative aborde les effets des inhomogénéités du champ démagnétisant sur les spectres de perméabilité. L'étude des recuits thermo-magnétiques montre une propriété nouvelle. Les films présentent en épaisseur une division en deux zones d'anisotropie différente, en valeur et en direction. L'influence du champ de recuit sur la rotation de l'anisotropie ne se fait donc pas de manière uniforme. Une approche énergétique, prenant en compte le couplage des deux populations, modélise correctement les cycles d'hystérésis de ces échantillons recuits et les spectres de perméabilité, en particulier l'apparition de deux modes de résonance bien distincts sous champ statique.

Author: ALAIN.. FESSANT
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CE TRAVAIL EST CONSACRE A L'ETUDE DES MECANISMES D'AIMANTATION DANS LES COUCHES MINCES AMORPHES DOUCES A BASE DE COBALT, COM#1M#2, AVEC M#1#,#2=ZR, NB, RE, ... EN BASSE FREQUENCE, D'UNE PART ET EN HAUTE FREQUENCE, D'AUTRE PART. EN BASSE FREQUENCE, LES CYCLES D'HYSTERESIS ONT ETE TRACES SUR DES COUCHES DE FORME TOROIDALE, SOUS CHAMP D'EXCITATION FAIBLE, CYCLE DE RAYLEIGH, ET SOUS CHAMP D'EXCITATION FORT. L'EFFET DE CHAMPS CONTINUS ORIENTES SELON LE CHAMP D'EXCITATION, PUIS PERPENDICULAIRES A CELUI-CI EST ETUDIE. LA PERMEABILITE A ETE MESUREE POUR DIFFERENTES ORIENTATIONS DU CHAMP D'EXCITATION PAR RAPPORT A L'AXE DE FACILE AIMANTATION. CES RESULTATS ONT FAIT APPARAITRE UNE PREDOMINANCE DES MOUVEMENTS DE PAROIS DE BLOCH DANS LES MECANISMES D'AIMANTATION, TANT QUE LE CHAMP D'EXCITATION N'EST PAS ORIENTE DANS LA DIRECTION PERPENDICULAIRE A L'AXE DE FACILE AIMANTATION. EN HAUTE FREQUENCE, UNE METHODE NOUVELLE DE MESURE, AUTOMATISEE, LARGE BANDE DE LA PERMEABILITE ENTRE 1 MHZ ET 3 GHZ UTILISANT UNE LIGNE TRIPLAQUE EST DECRITE. GRACE A CE DISPOSITIF, LE CARACTERE ANISOTROPE DE L'AIMANTATION DE TELLES COUCHES EST PRIS EN COMPTE DANS LA MESURE DE LA PERMEABILITE. DANS CETTE GAMME DE FREQUENCE, UNE VALEUR SUBSTANTIELLE DE LA PERMEABILITE EST OBTENUE UNIQUEMENT LORSQUE LE CHAMP D'EXCITATION EST ORIENTE DANS UNE DIRECTION PERPENDICULAIRE A L'AXE DE FACILE AIMANTATION, METTANT EN EVIDENCE LA PREDOMINANCE DES ROTATIONS DE SPINS. LA FREQUENCE DE COUPURE DE LA PERMEABILITE EN FONCTION DE L'EPAISSEUR EST ANALYSEE A PARTIR DES MECANISMES DE COURANTS DE FOUCAULT

Author: DAVID.. SPENATO
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Pages : 118

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CE TRAVAIL TRAITE DE LA DYNAMIQUE DES MECANISMES D'AIMANTATION EN RELATION AVEC LA DISTRIBUTION DE L'ANISOTROPIE DANS LES COUCHES MINCES FERROMAGNETIQUES DOUCES AMORPHES A BASE DE COBALT. NOUS MONTRONS QUE LE PROBLEME DU COMPORTEMENT EN FREQUENCE DE LA PERMEABILITE COMPLEXE DUE A LA ROTATION DE SPIN PEUT ETRE APPROCHE PAR LA THEORIE DE LANDAU-LIFSHITZ QUI DONNE L'EQUATION DU MOUVEMENT DU VECTEUR AIMANTATION SOUMIS A UN CHAMP EXCITATEUR. NOUS PRESENTONS, EN UTILISANT CETTE THEORIE, UN CALCUL ANALYTIQUE DU TENSEUR DE PERMEABILITE COMPLEXE D'UNE COUCHE MINCE FERROMAGNETIQUE A ANISOTROPIE UNIAXIALE PLANAIRE SOUMISE A UN CHAMP EXCITATEUR DE DIRECTION QUELCONQUE. CE MODELE TIENT COMPTE DE PARAMETRES INTRINSEQUES. CE CALCUL NOUS A PERMIS: DE SIMULER L'INFLUENCE DE CES PARAMETRES SUR LES SPECTRES EN FREQUENCE DE LA PERMEABILITE COMPLEXE. DE COMPARER LES SPECTRES THEORIQUES DE LA PERMEABILITE COMPLEXE AVEC DES SPECTRES EXPERIMENTAUX. DE CETTE ETUDE, IL RESULTE QUE, DANS CERTAINS CAS, DES ECARTS EXISTENT ENTRE LES RESULTATS EXPERIMENTAUX ET LES RESULTATS ISSUS DU MODELE THEORIQUE. NOUS AVONS EMIS L'HYPOTHESE QUE, DANS CES CAS, L'ANISOTROPIE DES COUCHES MINCES N'EST PAS PARFAITEMENT UNIAXIALE, MAIS QU'IL POURRAIT EXISTER UNE CERTAINE DISPERSION DE L'ANISOTROPIE, CELLE-CI POUVANT ETRE A L'ORIGINE DE CES ECARTS. SI TEL EST LE CAS, LES DEUX MECANISMES D'AIMANTATION, ROTATION DE SPIN ET DEPLACEMENT DE PAROI, PEUVENT COEXISTER QUELLE QUE SOIT L'ORIENTATION DU CHAMP D'EXCITATION. NOUS METTONS EN EVIDENCE CE RESULTAT ET NOUS MONTRONS QUE L'ON PEUT OBTENIR EXPERIMENTALEMENT LA CONTRIBUTION DE CHAQUE MECANISME A LA PERMEABILITE QUELLE QUE SOIT LA DISTRIBUTION DE L'ANISOTROPIE DANS LES COUCHES. NOUS AVONS EVALUE LA DISTRIBUTION DE L'ANISOTROPIE ET MONTRE QU'ELLE ETAIT DUE, DANS LES COUCHES UNIAXIALES FAIBLEMENT DISPERSEES, A LA PRESENCE DE RIDES MAGNETIQUES. CE RESULTAT A ETE CONFORTE PAR LE BON ACCORD ENTRE LES RESULTATS EXPERIMENTAUX DE MESURE DE LA PERMEABILITE TRANSVERSE ET LA THEORIE DE HOFFMANN