Renversement d'aimantation dans des nanostructures par propagation de parois de domaines sous champ magnétique et courant électrique PDF Download
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Book Description
La paroi de domaine magnétique est un concept essentiel à la compréhension du renversement d'aimantation dans un film ou une nanostructure magnétique, et peut être mise en jeu dans les processus d’écriture et de transmission d’une information dans un nano-dispositif. Théoriquement, nous avons mis en évidence, dans une nanostructure magnétique sans défauts, des effets de confinement sur la propagation d'une paroi sous champ magnétique et/ou sous courant polarisé en spin. Ceci a été illustré par l'étude, par microscopie magnéto-optique, de la propagation de paroi dans des films ultraminces Pt/Co/Pt à anisotropie perpendiculaire. Dans ces films, nous avons réalisé des nano-pistes lithographiées et irradiées à très faible dose par des ions hélium. Ces dispositifs se sont révélés être des systèmes modèles, idéaux pour étudier la propagation de paroi sous champ, et nous ont paru prometteurs pour l'étude de la propagation induite par transfert de spin. Pourtant, pour toute la gamme des impulsions de courant injectées dans ces pistes, aucun des effets de propagation observés expérimentalement n’a pu être attribué au transfert de spin. Au vu de l’évaluation quantitative du courant et de sa polarisation dans la couche de cobalt, ceci est justifié par un rapport défavorable entre l’échauffement par effet Joule et le transfert de spin. Nous avons également construit un magnétomètre Kerr polaire à haute résolution, utilisant un faisceau laser hautement focalisé, dont la résolution, la stabilité et la sensibilité exceptionnelles sont bien adaptées à l'étude de nanostructures magnétiques ultraminces à anisotropie perpendiculaire, et ce jusqu'à des dimensions largement sub-microniques.
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La paroi de domaine magnétique est un concept essentiel à la compréhension du renversement d'aimantation dans un film ou une nanostructure magnétique, et peut être mise en jeu dans les processus d’écriture et de transmission d’une information dans un nano-dispositif. Théoriquement, nous avons mis en évidence, dans une nanostructure magnétique sans défauts, des effets de confinement sur la propagation d'une paroi sous champ magnétique et/ou sous courant polarisé en spin. Ceci a été illustré par l'étude, par microscopie magnéto-optique, de la propagation de paroi dans des films ultraminces Pt/Co/Pt à anisotropie perpendiculaire. Dans ces films, nous avons réalisé des nano-pistes lithographiées et irradiées à très faible dose par des ions hélium. Ces dispositifs se sont révélés être des systèmes modèles, idéaux pour étudier la propagation de paroi sous champ, et nous ont paru prometteurs pour l'étude de la propagation induite par transfert de spin. Pourtant, pour toute la gamme des impulsions de courant injectées dans ces pistes, aucun des effets de propagation observés expérimentalement n’a pu être attribué au transfert de spin. Au vu de l’évaluation quantitative du courant et de sa polarisation dans la couche de cobalt, ceci est justifié par un rapport défavorable entre l’échauffement par effet Joule et le transfert de spin. Nous avons également construit un magnétomètre Kerr polaire à haute résolution, utilisant un faisceau laser hautement focalisé, dont la résolution, la stabilité et la sensibilité exceptionnelles sont bien adaptées à l'étude de nanostructures magnétiques ultraminces à anisotropie perpendiculaire, et ce jusqu'à des dimensions largement sub-microniques.
Author: Van Dai Nguyen Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Dans la première partie de cette thèse, nous étudions le renversement de l'aimantation de nanofils d'alliage FePt à forte anisotropie magnétocristalline. Lorsque la largeur du fil devient inférieure à la taille des dendrites, nous avons montré qu'il existe une transition du processus de renversement de l'aimantation, de la croissance de dendrites vers la propagation d'une paroi magnétique unique qui renverse tout le fil. Au-delà, la diminution de la largeur du fil jusqu'à la taille caractéristique du désordre et/ou de la rugosité moyenne conduit au renforcement de la coercivité. Ceci conduit finalement dans les fils ultra-fins à un renversement consistant en un mélange de nucléation de domaines et de propagation de parois magnétiques. Dans la deuxième partie, nous rapportons l'utilisation de la magnétorésistance de Magnon (MMR), qui provient de la contribution des magnons à la résistivité, pour mesurer le renversement d'aimantation, dans des nanostructures avec aimantation perpendiculaire (FePt) ou planaire (NiFe). Nous avons montré que la MMR peut être utilisée pour détecter le retournement de l'aimantation dans les nanofils et nano-aimants, et en particulier pour détecter la position d'une paroi magnétique le long d'un nanofil fabriqués à partir d'une couche unique. Enfin, nous étudions dans une dernière partie la dynamique de dépiégeage de paroi magnétique sous champ et sous courant, dans les deux systèmes FePt et NiFe. Nous observons trois types de dépiégeage de paroi, qui dépendent de la nature des défauts ou de la géométrie de la constriction. L'analyse statistique du temps de piégeage montre que le processus de dépiégeage peut être décrit comme procédant d'un chemin simple, de chemins en série, ou de chemins alternatifs. En outre, l'effet du courant sur tous ces mécanismes de dépiégeage s'est révélé équivalent à l'effet du champ appliqué, ce qui permet de mesurer l'efficacité du transfer de spin dans ces systèmes.
Author: Jon Gorchon Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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La manipulation de l'état magnétique d'un système ferromagnétique présente un grand intérêt en raison de possibles applications technologiques. Comprendre les mécanismes fondamentaux qui contrôlent l'aimantation est donc particulièrement important. La compréhension de certains mécanismes peut également avoir un impact dans d'autres domaines de la physique. C'est le cas par exemple de la dynamique de déplacement de parois de domaines sous champ magnétique dans le régime de reptation (creep) qui peut être assimilé à celui d'une interface élastique et qui présente un caractère universel. Cette thèse présente tout d'abord, à travers un travail expérimental sur des couches ultra-minces de Pt/Co/Pt, une description complète de la dynamique de déplacement de parois de domaines sous champ magnétique. Une analyse auto-cohérente permet d'extraire tous les paramètres de contrôle, des exposants universels sont confirmés et un nouveau régime dynamique (le TAFF) est identifié. Une deuxième étude porte sur le déplacement de parois sous courant électrique en géométrie étendue dans un film de (Ga,Mn)(As,P). Cette étude met en évidence des instabilités de forme des parois de domaines soumises à un gradient de courant électrique. Les limites de stabilités sont analytiquement prédites et présentent un bon accord avec les expériences. Un troisième travail porte sur le renversement de l'aimantation à l'interface entre un film de (Ga,Mn)(As,P) et une électrode non ferromagnétique. Un renversement stochastique de l'aimantation sous courant continu est mis en évidence. Son origine réside dans l'accumulation de spin à l'interface qui diminue fortement l'aimantation locale. Un modèle simplifié permet de décrire la probabilité de retournement de l'aimantation et d'extraire les temps caractéristiques associés.
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Le GaMnAs est un semiconducteur magnétique dilué de la famille des composés III-V. Ses propriétés magnétiques sont liées à la structure de bande du GaAs. Le GaMnAs apparaît donc comme un matériau prometteur pour contrôler l’état magnétique au moyen d’un champ électrique et/ou d’un courant électriques. Pour cela des couches minces et ultraminces de GaMnAs(P) ont été élaborées par la technique d’épitaxie par jets moléculaires. L’incorporation de phosphore permet de contrôler l’anisotropie uniaxiale du composé. Deux études ont été menées : dans la première partie nous nous sommes intéressés à l’effet du champ électrique sur le magnétisme de couches ultraminces de GaMnAs(P). Dans la seconde partie l’effet du courant sur la dynamique de parois de domaine dans des pistes de GaMnAs(P) a été observé. Les résultats ont montré que l’échauffement par effet Joule modifie de manière significative la dynamique des parois de domaine. Pour la partie qui porte sur l’effet du champ électrique, des couches ultraminces de GaMnAs(P) ont été élaborées et implémentées dans des structures à effet de champ. Il a été constaté que l’incorporation d’un gradient de phosphore dans l’épaisseur de la couche pouvait améliorer le contrôle de l’anisotropie uniaxiale. Sur ces mêmes échantillons des expériences de renversement d’aimantation assisté par un champ électrique ont été entreprises. Nos résultats montrent qu’un renversement quasi-complet et irréversible est possible en présence d’un faible champ magnétique. Ces travaux démontrent que le GaMnAs est un matériau intéressant pour comprendre plus finement la physique des nouveaux dispositifs reposant sur le contrôle électrique de l’état magnétique.
Author: Andrei Paul Mihai Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Nous avons étudié le renversement d'aimantation dans des couches minces FePtiMgO et des vannes de spin FePt/Pt/FePtIMgO à forte anisotropie perpendiculaire, déposées par épitaxie par jets moléculaires. Ces structures ont été caractérisées et leurs propriétés magnétiques et électriques optimisées. La contribution de la diffusion électrons-magnons à la résistivité (Magnétorésistance due aux Magnons) à été étudiée en détail dans les couches minces FePtiMgO. Une étude théorique de cet effet a été faite, en mettant en relation la variation linéaire de la magnétorésistance en fonction du champ magnétique, avec la forte anisotropie de l'alliage FePt. Nous montrons aussi que la MMR, qui augmente avec la température, fournit une nouvelle technique de détection du renversement d'aimantation. Nous avons aussi étudié l'influence de l'application d'un courant directe sur la propagation de parois magnétiques dans des nanostructures à base de FePt. Nous avons fait des mesures d'Effet Hall Extraordinaire et magnétoresistance dans des nanoftls de FePtiMgO et de FePt/PtlFePtlMgO. Ces systèmes permettent d'étudier le dépiégeage thermiquement activé d'une paroi magnétique sur un seul défaut structural. Dans les deux types de structures, le temps de dépiégeage a un caractère stochastique. Enfm nous montrons que, grâce à la forte efficacité du transfert de spin dans l'alliage F ept, un faible courant continu peut fortement modifier le temps moyen de résidence sur le défaut.
Author: Andrei Paul Mihai Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 108
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Nous avons étudié le renversement d'aimantation dans des couches minces FePtiMgO et des vannes de spin FePt/Pt/FePtIMgO à forte anisotropie perpendiculaire, déposées par épitaxie par jets moléculaires. Ces structures ont été caractérisées et leurs propriétés magnétiques et électriques optimisées. La contribution de la diffusion électrons-magnons à la résistivité (Magnétorésistance due aux Magnons) à été étudiée en détail dans les couches minces FePtiMgO. Une étude théorique de cet effet a été faite, en mettant en relation la variation linéaire de la magnétorésistance en fonction du champ magnétique, avec la forte anisotropie de l'alliage FePt. Nous montrons aussi que la MMR, qui augmente avec la température, fournit une nouvelle technique de détection du renversement d'aimantation. Nous avons aussi étudié l'influence de l'application d'un courant directe sur la propagation de parois magnétiques dans des nanostructures à base de FePt. Nous avons fait des mesures d'Effet Hall Extraordinaire et magnétoresistance dans des nanoftls de FePtiMgO et de FePt/PtlFePtlMgO. Ces systèmes permettent d'étudier le dépiégeage thermiquement activé d'une paroi magnétique sur un seul défaut structural. Dans les deux types de structures, le temps de dépiégeage a un caractère stochastique. Enfm nous montrons que, grâce à la forte efficacité du transfert de spin dans l'alliage F ept, un faible courant continu peut fortement modifier le temps moyen de résidence sur le défaut.
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Cette thèse a pour objectif l'étude des parois de domaines magnétiques, et plus généralement des textures magnétiques, dans des nanostructures. Ce travail est motivé par le couplage entre les électrons responsables du magnétisme et ceux de la conduction électrique, appelé transfert de spin, qui donnent lieu à la dynamique de parois de domaines sous courant de spin. La connaissance du comportement dynamique et des caractéristiques statiques de telles structures est alors indispensable. L'outil principalement utilisé dans de ce travail est la microscopie à force magnétique, et ce présent dans l'ensemble des sujet abordés. L'étude principale de ce travail concerne la mise en évidence expérimentale de l'automouvement de paroi dans des nanopistes de NiFe. Nous avons montré ce phénomène dans le cas d'une transformation de parois puis analysé l'importance qu'il a pour la dynamique des parois dans le cas général aux impulsions courtes. Les propriétés statiques ont aussi été étudiées par des mesures de magnétorésistance anisotrope pour des parois soumises à un champ magnétique tournant quasi-statique. Finalement, l'aspect "nouveaux matériaux" étant un des grands axes de recherche concernant le transfert de spin, une troisième partie a été consacrée à l'étude de la distribution d'aimantation complexe des nanostructures de NiPd. Pour tous les sujets abordés dans ce travail, des calculs micromagnétiques ont été effectués pour appuyer notre compréhension.
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AFIN D'ETUDIER LA NUCLEATION ET LA PROPAGATION DE PAROIS DE DOMAINES MAGNETIQUES A 180 A TRAVERS UNE BARRIERE DE POTENTIEL, NOUS AVONS PREPARE DES ECHANTILLONS CONSTITUES D'UNE FINE COUCHE DE TBFE AMORPHE COMPRISE ENTRE DEUX COUCHES DE GDFE AMORPHE. LES COUCHES DE GDFE ONT DES EPAISSEURS DIFFERENTES (TYPIQUEMENT 500A ET 1000A) AFIN DE PERMETTRE LA NUCLEATION D'UNE PAROI DANS SEULEMENT UNE DES COUCHES. DE PLUS, NOUS AVONS INDUIT UNE ANISOTROPIE UNIAXIALE DANS LE PLAN DE L'ECHANTILLON, NECESSAIRE A LA FORMATION DE PAROIS A 180. LE GDFE PRESENTANT UNE CONSTANTE ANISOTROPIE BEAUCOUP PLUS FAIBLE QUE LE TBFE, CE DERNIER AGIT DONC POUR UNE PAROI COMME UNE BARRIERE DE POTENTIEL. DANS NOTRE ETUDE L'EPAISSEUR DE TBFE EST COMPRISE ENTRE 2 ET 20A. CES NANOSTRUCTURES MAGNETIQUES SONT SIMILAIRES AUX JONCTIONS A PAROIS DE DOMAINE IMAGINEES DANS UNE APPROCHE THEORIQUE. LES MESURES D'AIMANTATION QUASI-STATIQUES ONT MONTRE QU'APRES NUCLEATION D'UNE PAROI DE PLUSIEURS CENTAINES D'ANGSTROMS, LA PAROI SE COMPRIME SUR LA COUCHE DE TBFE AVANT DE LA TRAVERSER. LA PROPAGATION A LIEU POUR UN CHAMP DEPENDANT DE LA TEMPERATURE DE MESURE, CE QUI EST ACCORD AVEC LE MODELE DE TRAVERSEE DE BARRIERE PAR ACTIVATION THERMIQUE. DES MESURES DE RELAXATION DE L'AIMANTATION ONT PERMIS D'ETUDIER LES PHENOMENES D'ACTIVATION THERMIQUE ET DE MONTRER L'INFLUENCE DU CHAMP ET DE L'EPAISSEUR DE TBFE SUR LA FORME DE LA BARRIERE. UNE DISTRIBUTION DE HAUTEUR DE BARRIERE QUASIMENT NULLE DE HAUTEUR DE BARRIERE EN A ETE DEDUITE. ENFIN, DES MESURES DYNAMIQUES, LOCALES A BASSE TEMPERATURE PAR TECHNIQUE MICRO-SQUID ONT PERMIS D'ETUDIER LES RENVERSEMENTS DE L'AIMANTATION (NUCLEATION ET PROPAGATION). NOUS AVONS PU OBSERVER EN DESSOUS DE 0.7 K UN PROCESSUS D'ACTIVATION DIFFERENT DE CELUI OBSERVE PAR RELAXATION, QUI POURRAIT ETRE UNE MANIFESTATION DE L'EFFET TUNNEL DE PAROI PREVU THEORIQUEMENT.
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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.
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NOUS AVONS DEVELOPPE DES TECHNIQUES MATHEMATIQUES EFFICACES ET UN ENSEMBLE D'OUTILS NUMERIQUES SPECIFIQUES AU MICROMAGNETISME, POUR CALCULER DES CONFIGURATIONS MAGNETIQUES A L'EQUILIBRE ET HORS EQUILIBRE. LE MODELE UTILISE UNE METHODE DE MINIMISATION QUI REPOSE SUR L'INTEGRATION DES EQUATIONS DE PRECESSION-DISSIPATION DE LANDAU-LIFSHITZ-GILBERT (LLG). NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE L'IMPORTANCE DE L'ETUDE DE STABILITE DES EQUATIONS LLG. L'APPROCHE NUMERIQUE MISE AU POINT A ETE APPLIQUEE POUR ETUDIER LE COMPORTEMENT MAGNETIQUE DE SYSTEMES REELS FABRIQUES AU LABORATOIRE. DANS LES TRI-COUCHES FERROMAGNETIQUES SMCO/ZRCO/SMCO', DONT LA COUCHE CENTRALE DOUCE EST PRISE EN SANDWICH ENTRE DEUX COUCHES DURES, LE MECANISME DE RENVERSEMENT DE LA PHASE DURE EST DU A LA PROPAGATION D'UNE PAROI DEPUIS LA PHASE DOUCE. L'ESSENTIEL DES PROCESSUS DE RENVERSEMENT D'AIMANTATION EXPERIMENTAUX A ETE DECRIT CORRECTEMENT PAR LA SIMULATION, SEUL UN DESACCORD PORTE SUR LE RENVERSEMENT D'AIMANTATION DE LA COUCHE DE SMCO LA PLUS DURE. L'ETUDE MENEE SUR LES PLOTS DE FER EPITAXIES FE(110)/W(110) A PERMIS DE DECRIRE LES DISTRIBUTIONS D'AIMANTATION ET D'ESTIMER LES CHAMP DE RETOURNEMENT. LE CHAMP COERCITIF CALCULE POUR UN PLOT CARRE DE L = 5000 A DE COTE ET DE E = 58 A D'EPAISSEUR EST PROCHE DE LA VALEUR OBTENUE EXPERIMENTALEMENT. UN BON ACCORD ENTRE L'EXPERIENCE ET LA SIMULATION A ETE OBSERVE POUR LA DEPENDANCE ANGULAIRE DU CHAMP COERCITIF D'UNE PARTICULE RONDE DE DIAMETRE 2000 A ET D'EPAISSEUR 10 A. LE COMPORTEMENT CALCULE, COMME OBSERVE, TENDENT VERS CELUI DECRIT PAR LE MODELE DE STONER-WOHLFARTH. DANS LE CAS DES MATERIAUX NANOSTRUCTURES DOUX-DURS, L'APPROCHE MICROMAGNETIQUE UTILISEE NOUS A PERMIS D'IDENTIFIER LES PARAMETRES PERTINENTS ET LES MECANISMES IMPLIQUES DANS LE RENVERSEMENT D'AIMANTATION. LES CONTRIBUTIONS DE CHAQUE PHASE A LA SUSCEPTIBILITE TOTALE ONT ETE DEDUITES. LA CONTRIBUTION REVERSIBLE A LA SUSCEPTIBILITE TOTALE A ETE DETERMINEE PAR UNE APPROCHE QUI MIME LE PROCEDE EXPERIMENTAL. LA COMPARAISON DE NOS RESULTATS AVEC CEUX DE L'EXPERIENCE TEND A PROUVER QU'UNE AMELIORATION DES PERFORMANCES DES SYSTEMES NANOSTRUCTURES REELS EST POSSIBLE EN DIMINUANT LA TAILLE DES GRAINS.
Author: Mathieu Cormier
Author: Mathieu Cormier
Author: Van Dai Nguyen
Author: Jon Gorchon
Author: Tarik Niazi
Author: Andrei Paul Mihai
Author: Andrei Paul Mihai
Author: Jean-Yves Chauleau
Author: Stéphane Mangin
Author: Emilie Jué
Author: BRINDUSA MARIA.. KEVORKIAN