Littérature scientifique sur le sujet « Matériaux ferromagnétiques à anisotropie magnétique perpendiculaire »

Cette thèse est consacrée à l’étude des mécanismes de propagation de parois magnétiques dans des films et des pistes magnétiques basés sur des matériaux à anisotropie magnétique perpendiculaire qui sont très prometteurs pour les mémoires magnétiques non volatiles d’ultra haute densité. Je me suis principalement intéressé à l’influence des défauts structuraux sur les mécanismes de dépiegeage de parois en utilisant la technique de microscopie Kerr ainsi que des mesures de transport. Trois résultats importants ont été mis en évidence : (1) Dans des vannes de spin de type CoNi/Cu/CoNi, il existe une forte influence du champ dipolaire généré par la couche dure qui peut influencer la nucléation parasite de paroi magnétique dans la couche libre et créer une propagation asymétrique sous l’effet d’un courant polarisé. J’ai aussi montré que dans des pistes sub-50nm, le renversement de l’aimantation s’effectue par des événements multiples de nucléation à cause de la présence de centres de piégeage fort qui bloquent la propagation ; (2) En visualisant la géométrie des domaines magnétiques et en étudiant les lois de reptation, j’ai montré la présence d’une faible densité de défauts structuraux et de faibles champs de propagation dans les multicouches texturés/amorphe de CoNi-CoFeB et cristallisés de Ta-CoFeB-MgO ; (3) J’ai finalement mis en évidence un effet du transfert de spin à de faibles densités de courant (≈5x1011 A/cm2) dans les pistes de CoNi-CoFeB. J’ai aussi montré une forte influence du champ d’Oesterd sur la propagation de parois liée à la présence de faibles champs de propagation. Finalement, dans le cas des pistes basées sur des films cristallisés de Ta-CoFeB-MgO, j’ai pu mesurer la vitesse sur 10 ordres de grandeur et montrer que les parois se propagent à des champs de propagation ultra faibles (0,1mT)
This work is focused on the study of magnetic domain wall propagation mechanisms in the thin films and wires based on materials with perpendicular magnetic anisotropy which are promissing for the non-volatile magnetic memory of ultra high density. I’m interested in the influence of structural defects on the mechanisms of domain wall propagation by using the Kerr microscopy technique and the transport measurements. Three important results were obtained: (1) In the spin valve structure of CoNi/Cu/CoNi, a strong influence of the dipolar magnetic field induced by the hard layer can generate a parasitic nucleation in the soft layer and create an asymmetric domain wall propagation driven by a spin polarized current. I also demonstrated that in sub-50nm wires, the nature of magnetization reversal process is the multiple nucleation events because of strong pinning centers that hinder the domain wall motion; (2) By observing the magnetic domain geometry et studying the creep law, I have pointed out that in the CoNi-CoFeB multilayers and the crystallized Ta-CoFeB-MgO multilayers, the structural defect density is low and the propagation fields can be reduced; (3) I found a spin-transfer effect with low current density (≈5x1011 A/cm2) in CoNi-CoFeB wires. I also demonstrated that the Oersted field can strongly influence the domain wall motion, especially in the material with low propagation field. Finally, in the Ta-CoFeB-MgO wires, I could measure a wide range of domain wall velocity and I show that the domain wall can move at a very low propagation field (0.1mT)

La possibilité de synthétiser des hétérostructures formées de matériaux 2D offre des perspectives majeures pour l'amélioration des composants spintroniques actuels ou la réalisation de nouveaux dispositifs. Le contrôle et la bonne compréhension des propriétés physiques de ces systèmes constituent de fait un enjeu technologique majeur. Au cours de cette thèse, nous avons étudié, à l'aide de calculs ab initio basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), des hétérostructures formées de monocouches de dichalcogénures de métaux de transition (TMDCs) et de cristaux ferromagnétiques présentant une anisotropie magnétique perpendiculaire. Trois objectifs principaux ont été définis : (i) comprendre comment utiliser la proximité magnétique pour lever la dégénérescence des vallées et quantifier l'effet Zeeman des vallées ; (ii) évaluer la possibilité d'injecter un gaz d'électrons polarisé en spin dans des vallées spécifiques du feuillet de TMDC ; (iii) examiner l'impact de la proximité sur le couplage spin-orbite dans le feuillet de TMDC et sur les phénomènes Rashba et Dresselhaus dans ces systèmes. Nous avons d'abord étudié des multicouches possédant une électrode constituée d'un métal et d'une barrière isolante non 2D. Dans le système Fe/MgO/MoS2, nous avons calculé qu'un transfert d'électrons spontané s'opère de la couche de Fe vers le monofeuillet de MoS2, donnant lieu à la formation d'un gaz d'électrons non polarisé en spin. Nous avons établi un modèle expliquant la compétition entre les effets spin-orbite de type Rashba et Dresselhaus et les effets de proximité magnétique sur les bandes de valence de MoS2 : Ce modèle nous a permis de montrer que les effets de proximité sont prédominants pour une faible épaisseur de MgO (<0.42 nm), et tendent à disparaître au profit des effets spin-orbite pour à plus forte épaisseur (> 1.06 nm). Nous avons prédit qu'il est possible d'obtenir des effets spin-orbites plus forts en remplaçant l'électrode de Fe par une électrode non-magnétique de V. Afin d'augmenter les effets de proximité magnétique, nous avons finalement décider d'étudier des hétérostructures [Co1Ni2]n/h-BN/WSe2, dans lesquelles [Co1Ni2]n est un super réseau à anisotropie magnétique perpendiculaire et h-BN un isolant bidimensionnel. Pour ce système, nous prédisons qu'il serait possible d'avoir une polarisation en spin des vallées aux points K et K'. Finalement, nous avons étudié les propriétés particulières de l'hétérostructure de van der Waals Graphène/CrI3/WSe2,dans laquelle l'électrode magnétique est également remplacée par des matériaux 2D
The ability to synthesize heterostructures made up of 2D materials provides significant opportunities for improving current spintronic components or developing new devices. Thus, the control and deep understanding of the physical properties of these systems become a critical technological challenge. During this thesis, we examined heterostructures composed of transition metal dichalcogenide (TMDC) monolayers and ferromagnetic crystals exhibiting perpendicular magnetic anisotropy, using ab initio calculations based on density functional theory (DFT). We focus on three main goals: (i) understanding how to use magnetic proximity to lift valley degeneracy and quantify the valley Zeeman effect; (ii) assessing the possibility of injecting spin-polarized electron gas into specific valleys of the TMDC sheet; (iii) investigating the impact of proximity on spin-orbit coupling in the TMDC sheet and on the Rashba and Dresselhaus phenomena in these systems. We first studied multilayers with an electrode made up of a metal and a non-2D insulating barrier. In the Fe/MgO/MoS2 system, we computed that a spontaneous electron transfer occurs from the Fe layer to the MoS2 monolayer, leading to the formation of a non-spin-polarized electron gas. We established a model explaining the competition between Rashba and Dresselhaus-type spin-orbit effects and magnetic proximity effect on the MoS2 valence bands: This model allowed us to show that proximity effect predominate for thin MgO (<0.42 nm) and tend to disappear in favor of spin-orbit effects for thicker layers (> 1.06 nm). We predicted that stronger spin-orbit effects can be achieved by replacing the Fe electrode with a non-magnetic V electrode. To boost the magnetic proximity effects, we finally decided to study [Co1Ni2]n/h-BN/WSe2 heterostructures, in which [Co1Ni2]n is a superlattice with perpendicular magnetic anisotropy, and h-BN is a two-dimensional insulator. For this system, we predict that it could be possible to have a spin polarization of the valleys at the K and K' points. Ultimately, we explored the unique properties of the van der Waals heterostructure Graphene/CrI3/WSe2, where the magnetic electrode is also replaced by 2D materials

Les nanomatériaux magnétiques sont des matériaux prometteurs en raison de leurs applications potentielles dans l'enregistrement magnétique à haute densité. C’est dans ce contexte que nous avons développé la première synthèse mono-tope de nanocristaux (NCs) de cobalt de forme sphérique et de structure hexagonale-compact (hc), ferromagnétiques à température ambiante. La stratégie suivie est basée sur la simple combinaison de l’oléylamine et du précurseur organométallique de cobalt [CoCl(PPh3)3]. Nous avons mis évidence que la variation de la quantité de précurseur favorise le contrôle de la taille des NCs et obtenu des NCs sphériques de 9,2 nm, 7,8 nm et 2,5 nm de diamètre avec une faible polydispersité. De plus, la modification des temps de réaction a permis de contrôler la forme des NCs et de réaliser une transition de morphologie des sphères vers des nanobâtons hc. Ainsi, la variation d’autres paramètres, comme la quantité d’amine et la température, a conduit au mécanisme réactionnel se produisant lors de la formation de NCs de cobalt, mécanisme gouverné par la réaction de dismutation du précurseur Co(I). Ce protocole de synthèse monotope a ensuite été étendu à l’élaboration d’autres NCs mono et bimétalliques (platine, palladium et les alliages CoPt). En variant la quantité du précurseur [CoCl(PPh3)3], différentes morphologies de NCs de platine, de palladium et des nanoalliages de CO33Pt67 ont été obtenues. Par ailleurs, par recuit dirigé de nanoparticules de Co50Pt50 dans des nanopores d’une membrane d’alumine (Al2O3), des nanofils de CoPt équi-atomiques avec une forte anisotropie magnétique ont été élaborés. Pour cela, nous avons détourné le phénomène de coalescence des NCs lors de recuit haute température
Magnetic nanomaterials are promising materials due to their potential applications in high density magnetic recording. This is in this context that we have developed the first one-pot synthesis of spherical hcp cobalt nanocrystals (NCs), ferromagnetic at room temperature. The followed strategy is based on the simple combination of oleylamine and an organometallic cobalt precursor [CoCl(PPh3)3]. Thus, variation of the precursor amount has allowed to control the NCs size and to obtain spherical NCs of 9.2 nm, 7.8 nm and 2.5 nm in diameter with a low polydispersity. The change of reaction times has led to control of the NCs shape in order to get a morphology transition from spheres towards hcp nanorods. Subsequently, an experimental study based on the variation of several parameters, namely, the amine and the temperature, has highlighted a reaction mechanism of cobalt NCs formation, governed by the disproportionation reaction of the Co(I) precursor. The one-pot synthesis procedure was then extended to the development of other mono and bi-metal NCs (platinum, palladium and CoPt alloys). Then, by varying the amount [CoCl(PPh3)3].precursor, different morphologies of platinum NCs and palladium, and similarly, CO33Pt67 nanoalloys, have been obtained. Another strategy was followed to develop equi-atomic CoPt nanowires, with a high magnetic anisotropy, by annealing of Co50Pt50 nanoparticles in nanopores of alumina membrane (Al2O3). For this, we diverted the NCs coalescence during the annealing time

De nouveaux materiaux ferromagnetiques derives du nitrure de fer fe::(4)n ont ete prepares. La substitution partielle de l'azote par du carbone leur confere une meilleure resistance a l'oxydation. La morphologie des pigments magnetiques est induite par celle des precurseurs. Etude de la modification de la taille du fer par l'etain. Etude generale de l'influence de substituants tels que ru, os, ir sur l'anisotropie magnetocristalline

Les effets de transfert de spin sont devenus un sujet de recherche majeur ces quinze dernières années. Cependant, un manque de vérifications expérimentales pour beaucoup de modèles décrivant les effets de transfert de spin peut être constaté. Ceci est surtout lié à un manque de systèmes magnétiques modèles permettant un contrôle précis des paramètres pertinents utilisés dans les modèles théoriques. Dans ce travail deux systèmes magnétiques à aimantation perpendiculaire ont été analysés : les alliages amorphes de Co1-xTbx élaborés par pulvérisation cathodique et les super-réseaux [Co/Ni](111) élaborés par épitaxie par jets moléculaires. L'anisotropie et l'aimantation, qui sont des paramètres pertinents dans beaucoup de modèles sur le transfert de spin, sont variables dans une large gamme. L'origine de cette anisotropie est discutée. La structure des domaines magnétiques est analysée et les résultats des mesures de transport sont interprétés. Pour les super-réseaux [Co/Ni](111) une forte polarisation en spin au niveau de Fermi est démontrée grâce à des expériences de photo émission résolue en spin et un coefficient d'amortissement intrinsèque [alpha] très faible est trouvé. Il est conclu que les alliages amorphes de Co1-xTbx et les super-réseaux [Co/Ni](111) sont des systèmes modèles pour le transfert de spin
Spin transfer torque effects have become a research subject of high interest during the last 15 years. However, in order to probe the fundamental physics of spin transfer torque model systems are needed. For a model system it must be as simple as possible to tune the significant parameters (magnetic and structural). In this work we analyze the suitability of two materials for this need. The studied materials are amorphous Co1-xTbx alloys elaborated by sputtering and MBE grown [Co/Ni](111) superlattices. Both systems show perpendicular magnetic anisotropy (PMA), which provides a uniaxial anisotropy to the system. This anisotropy and the magnetization, which are significant parameters for many models on spin transfer torque, can be tuned in a large range of values. The origin of this PMA is discussed. The domain structure is analyzed and transport measurements are interpreted. In addition we show a strong spin polarization of the electrons close to the Fermi level by doing photoemission experiments. A small intrinsic Gilbert damping parameter [alpha] is found by FMR spectroscopy. We conclude that both materials are good candidates to be used as model systems for spin transfer torque

Les phases alpha'-Fe8N1-x et alpha''-Fe16N2 ont un fort potentiel d’application, en raison de leur anisotropie magnétocristalline uniaxiale et de leur grande aimantation à saturation. Cependant, les valeurs annoncées pour ces propriétés magnétiques restent sujettes à discussion. Les recherches menées au cours de cette thèse de doctorat ont été initiées dans le but de clarifier cette situation. L’élaboration des échantillons a principalement consisté en l’implantation ionique d’azote dans des couches minces de fer alpha épitaxiées sur ZnSe/GaAs (001). Entre autres, les effets de la température de la cible et de la fluence sur la structure cristalline des échantillons ont été analysés par diffractométrie des rayons X. La présence d’une anisotropie magnétique perpendiculaire a été mise en évidence dans les couches minces contenant les phases alpha'-Fe8N1-x ou alpha''-Fe16N2. La constante d’anisotropie a été évaluée par magnétométrie à échantillon vibrant et résonance ferromagnétique. À l’occasion de ces recherches, des domaines en rubans faibles ont été observés par microscopie à force magnétique dans certaines couches minces en Fe-N. Ceux-ci sont particulièrement rectilignes et des dislocations coin se trouvent au sein de leur structure périodique. Des études ont alors été réalisées dans le but de contrôler avec précision la réorientation des domaines en rubans et le déplacement des dislocations magnétiques, à l’aide d’un champ magnétique
The alpha'-Fe8N1-x and alpha''-Fe16N2 phases have a high potential of application, because of their uniaxial magnetocrystalline anisotropy and their large saturation magnetization. However, the values announced for these magnetic properties remain a subject of discussion. The research conducted during this PhD thesis was initiated in order to clarify this situation. Sample making consisted mainly of nitrogen ion implantation into alpha-Fe thin films, epitaxially grown on ZnSe/GaAs (001). Among others, the effects of target temperature and fluence on the crystal structure of the samples were analyzed by X-ray diffractometry. The presence of a perpendicular magnetic anisotropy was demonstrated in the thin films containing the alpha'-Fe8N1-x and alpha''-Fe16N2 phases. The anisotropy constant was evaluated by vibrating sample magnetometry and ferromagnetic resonance. In this research, weak stripe domains were observed by magnetic force microscopy in some Fe-N thin films. These are particularly straight and edge dislocations are found within their periodic structure. Studies were then carried out to precisely control the reorientation of the stripe domains and the displacement of the magnetic dislocations, using a magnetic field

Du fait de leurs propriétés avantageuses en termes de rétention des données, densité de stockage et faible courant critique pour l'écriture par courant polarisé en spin (STT), les jonctions tunnel magnétiques à anisotropie perpendiculaire sont devenues prédominantes dans les études sur les applications aux mémoires magnétiques MRAM. Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans ce contexte avec pour but l'amélioration des propriétés de transport et d'anisotropie de telles structures ainsi que la réalisation d'empilements encore plus complexes tels que des doubles jonctions perpendiculaires. Grâce à l'étude des propriétés magnétiques et des mesures de MagnétoRésistance Tunnel (TMR), il apparaît que pour optimiser les performances des jonctions tunnel, l'ensemble des épaisseurs des couches composant l'empilement doit être adapté. Des compromis sont souvent nécessaires pour obtenir à la fois une forte anisotropie perpendiculaire et des signaux de TMR élevés. Des études en fonction des épaisseurs magnétiques ont permis de déterminer les aimantations à saturation, épaisseurs critiques et couches mortes dans les couches de référence et de stockage de jonctions standard avec électrode libre supérieure et couverture Ta. Ce type de jonction a pu être nano-fabriqué sous forme de piliers circulaires afin de tester l'écriture par STT. Sachant que l'anisotropie perpendiculaire provient essentiellement de l'interface métal/oxyde, la couverture Ta a été ensuite remplacée par une deuxième couche de MgO, permettant d'améliorer significativement l'anisotropie de la couche libre. En introduisant une seconde référence au-dessus de cette jonction, des doubles jonctions perpendiculaires fonctionnelles ont pu être fabriquées. Des couches de stockage antiferromagnétiques synthétiques de la forme CoFeB/insert/CoFeB ont pu être développées et apparaissent suffisamment stables pour pouvoir remplacer les traditionnelles références à base de multicouches Co/Pt
Due to their advantageous properties in terms of data retention, storage density and critical current density for Spin Transfer Torque (STT) switching, the magnetic tunnel junctions with perpendicular anisotropy have become predominant in the developments for MRAM applications. The aim of this thesis is to improve the anisotropy and transport properties of such structures and to realize even more complex stacks such as perpendicular double junctions. Studies on the magnetic properties and Tunnel MagnetoResistance (TMR) measurements showed that to optimize the performances of the junctions, all the thicknesses of the different layers constituting the stack have to be adapted. To guaranty both a large TMR as well a strong perpendicular anisotropy, compromises are most of the time needed. Studies as a function of magnetic thickness enabled to extract the saturation magnetization, the critical thickness and the magnetic dead layer thickness both in the bottom reference and the top storage layer in structures capped with Ta. This type of junction could be tested electrically after patterning the sample into nanopillars. Knowing that perpendicular anisotropy mostly arises at the metal/oxide interface, the Ta capping layer was replaced by a MgO one, leading to a huge increase in the anisotropy of the free layer. A second top reference was then added on such a stack to create functional perpendicular double junctions. CoFeB/insertion/CoFeB synthetic antiferromagnetic storage layers could be developed and were proved to be stable enough to replace the standard Co/Pt-based reference layers

La miniaturisation du nœud technologique de CMOS en dessous de 90 nm conduit à une forte consommation statique pour les mémoires et les circuits logiques, due aux courants de fuite de plus en plus importants. La spintronique, une technologie émergente, est d'un grand intérêt pour remédier à ce problème grâce à sa non-volatilité, sa grande vitesse d'accès et son intégration facile avec les procédés CMOS. Comparé à la commutation induite par le champ magnétique, le transfert de spin (STT), une approche de commutation induite par le courant, non seulement simplifie le processus de commutation mais aussi permet un fonctionnement sans précédent en termes de consommation et de vitesse. Cette thèse est consacrée à la modélisation compacte et la conception de circuit hybride pour les dispositifs spintroniques basés sur la commutation induite par le courant. La jonction tunnel magnétique (JTM), élément fondamental de la mémoire magnétique (MRAM), et la mémoire racetrack, nouveau concept fondé sur la propagation des parois de domaine induites par le courant, sont particulièrement étudiés. Ces dispositifs et circuits spintroniques sont basés sur les matériaux à anisotropie magnétique perpendiculaire (AMP) qui ouvrent la perspective d'une miniaturisation submicronique tout en conservant une grande stabilité thermique. De nombreux modèles physiques et paramètres réalistes sont intégrés dans la modélisation compacte pour obtenir une bonne cohérence avec les mesures expérimentales. En utilisant ces modèles compacts précis, certaines applications pour la logique et les mémoires magnétiques, tels que l'additionneur complet magnétique (ACM) et la mémoire adressable par contenu (CAM), sont conçues et simulées. Nous analysons et évaluons leur potentiel de performance en termes de surface, vitesse et consommation d'énergie par rapport aux circuits classiques. Enfin, afin de lutter contre la limitation de capacité entravant la large application, nous proposons deux optimisations de conception : la mémoire multivaluée (MLC) pour la STT-MRAM et l'assistance par champ magnétique pour la mémoire racetrack. Ce concept de MLC utilise le comportement stochastique des STT pour atteindre une haute vitesse tout en augmentant la densité de STT-MRAM. La mémoire racetrack assistée par champ magnétique est fondée sur l'observation d'une propagation des parois de domaine en dessous du courant critique, propagation est attribué à l'effet " Walker breakdown ". Ceci ouvre une nouvelle voie pour réduire le courant de propagation et augmenter la capacité des mémoires racetrack au-delà des améliorations des circuits périphériques et des matériaux.

Les nanofils magnétiques constituent un domaine de recherche en plein essor. De section cylindrique, ils permettent la propagation des parois de domaines magnétiques à très grandes vitesses et des interactions fortes avec les ondes de spin, ce qui les rend particulièrement intéressants pour le développement de futurs composants de la spintronique. L'objectif de ce travail de thèse est de fournir une analyse quantitative et qualitative complète de la configuration magnétique locale dans des nanofils magnétiques cylindriques d'alliage CoNi à anisotropie magnétocristalline perpendiculaire en utilisant les techniques d'imagerie magnétique avancées de la microscopie électronique à transmission (MET), principalement axées sur l'holographie électronique (HE). Une étude corrélative entre les propriétés structurales, les variations locales de composition et les configurations magnétiques de ces nanofils a été réalisée. De plus, les configurations tridimensionnelles (3D) complexes des domaines et des parois magnétiques ont été analysées par tomographie holographique de champ vectoriel (THCV) afin d'obtenir les trois composantes de l'induction magnétique. Enfin, un protocole a été développé pour étudier in situ par microscopie de Lorentz la configuration magnétique de ces nanofils lors de l'injection d'impulsions de courant. La première partie de ce travail est focalisée sur la corrélation des configurations magnétiques de nanofils individuels de CoNi avec les propriétés structurales et chimiques locales. L'orientation de la phase cristalline a été cartographiée en diffraction électronique par précession et combinée à des mesures de composition par spectroscopie de perte d'énergie des électrons. Les résultats révèlent une coexistence de grains de phase cfc et de phase hcp, cette dernière présente sa direction cristallographique c orientée presque perpendiculairement à l'axe du nanofil. Cette coexistence de phases cristallographiques est à l'origine de variations localisées et abruptes de la configuration magnétique. Deux nanofil configurations principales ont été observées : une chaîne d'états transversaux par rapport à l'axe du, de type vortex, et un état longitudinal. Nous avons observé que les états transversaux sont liés à la phase hcp possédant une forte anisotropie magnétocristalline perpendiculaire, ce que confirment les simulations micromagnétiques. Une autre partie de ce travail concerne l'étude de la structure magnétique 3D des domaines et des parois de domaines dans la phase hcp. Cette étude a été menée pour des états rémanents différents en fonction de l'application d'un champ de saturation perpendiculaire et parallèle à l'axe du nanofil. Les mesures ont été réalisées par la méthode THCV afin d'extraire les trois composantes de l'induction magnétique et reconstruire en 3D la configuration magnétique locale du nanofil. Les résultats montrent une stabilisation d'une chaîne de vortex dans le cas d'une saturation perpendiculaire, et des états d'enroulement longitudinaux séparés par des parois de domaine transversales après l'application d'un champ externe parallèle à l'axe du fils. La dernière partie du manuscrit présente les résultats obtenus en microscopie de Lorentz in situ démontrant la possibilité de manipuler les parois des domaines magnétiques d'un nanofil de CoNi par injection d'impulsions électriques. Cette preuve de concept est considérée comme le précurseur des observations in situ de la dynamique des parois de domaines en EH. Un protocole précis, axé sur les étapes cruciales de préparation des échantillons et les développements à poursuivre pour réaliser ces expériences délicates, est détaillé
Cylindrical magnetic nanowires (NWs) are currently subjects of high interest due to fast domain wall velocities and interaction with spin-waves, which are considered interesting qualities for developing future spintronic devices. This thesis aims to provide a wholesome quantitative and qualitative analysis of the local magnetic configuration in cylindrical Co-rich CoNi NWs with perpendicular magnetocrystalline anisotropy using state-of-the-art transmission electron microscopy (TEM) magnetic imaging techniques, mainly focused on two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) electron holography (EH). A correlative study between the NW's texture, modulation in composition, and magnetic configuration has been conducted. Further, the complex 3D nature of the domain and domain wall configurations have been analyzed using holographic vector field electron tomography (VFET) to retrieve all three components of the magnetic induction. Finally, I have successfully manipulated the magnetic configuration observed by Lorentz microscopy in Fresnel mode by the in situ injection of a current pulse. A TEM study comparing the magnetic configuration to the local NW structure was performed on single NWs. The crystal phase analysis was done by precession electron diffraction assisted automated crystal orientation mapping in the TEM combined with compositional analysis by scanning-TEM (STEM) electron energy loss spectroscopy (EELS) for a detailed correlation with the sample's magnetic configuration. The results reveal a coexistence of fcc grains and hcp phase with its c-axis oriented close to perpendicular to the wire axis in the same NW, which is identified as the origin of drastic local changes in the magnetic configuration. Two main configurations are observed in the NW region: a chain of transversal vortex-like states and a longitudinal curling state. The chain or vortices are linked to the hcp grain with the perpendicular magnetocrystalline anisotropy, as confirmed by micromagnetic simulations. The 3D magnetic structure of the domains and domain walls observed in the hcp grain of the NWs has been studied for two different remnant states: after the application of a saturation field perpendicular (i) and parallel (ii) to the NW axis. The measurements were done using state-of-the-art holographic VFET to extract all three components of the magnetic induction in the sample, as well as a 3D reconstruction of the volume from the measured electric potentials, giving insight into the local morphology of the NW. The results show a stabilization of a vortex chain in the case of perpendicular saturation, but longitudinal curling states separated by transversal domain walls after applying a parallel external field. Finally, preliminary Lorentz microscopy results are presented, documenting the manipulation of magnetic domain walls by the in situ injection of electrical pulses on a single cylindrical CoNi nanowire contacted by focused ion beam induced deposition. This is believed to be the forerunner for quantitative electrical measurements and in situ observations of domain wall dynamics using EH at the CEMES. A detailed protocol focusing on the crucial steps and challenges ahead for such a delicate experiment is presented, together with suggestions for future work to continue the developments

Cette thèse avait pour objectif d'augmenter la fréquence de travail d'un multicouche magnéto-diélectrique pour des applications des Nouvelles Technologies de l'Information et de la Communication (NTIC). Ainsi, deux types de structures ont été étudiés : des multicouches (CoO=CoFeB)n et des tricouches Py/Ru/Py. Dans les empilements (CoO=CoFeB)n, la montée en fréquence est assurée par une anisotropie de surface du CoFeB induite par une rugosité orientée à la surface de la couche CoO. Cette rugosité est générée par la géométrie de dépôt. La fréquence de résonance de ce système est ajustable sur toute la gamme de fréquence des NTIC par le choix des épaisseurs de CoO et de CoFeB. Ces propriétés magnétiques sont modélisées en ajoutant à l'anisotropie intrinsèque du CoFeB un terme démagnétisant. Celui-ci est calculé à partir des observations de la surface de la couche CoO par microscopie à force atomique. Les propriétés magnétiques obtenues sur le bicouche sont maintenues dans le cas d'un multicouche, montrant que la rugosité est peu affectée par l'empilement. Dans les tricouches Py/Ru/Py, le terme s'ajoutant à l'anisotropie intrinsèque du Py est induit par le couplage des deux couches de Py via les électrons de conduction de la couche de Ru (couplage RKKY). Selon les échantillons, le terme de couplage antiferromagnétique ou quadratique est prépondérant. La modélisation du comportement statique permet de quantifier ces termes de couplage. La modélisation du comportement dynamique prédit les deux fréquences de résonance caractéristiques observées expérimentalement
The aim of this thesis was to increase the working frequency of a magneto-dielectric multilayer for ICT applications. Two structures were studied : (CoO=CoFeB)n multilayers and Py/Ru/Py trilayer. In (CoO=CoFeB)n stacks, the CoFeB resonance frequency is increased thanks to a surface anisotropy induced by the CoO oriented roughness. This roughness is generated by the deposition geometry. The resonance frequency of this system is adjustable over the entire ICT frequency range by choosing the CoO and CoFeB thicknesses. These magnetic properties are simulated by adding a demagnetizing term to the CoFeB intrinsic volume anisotropy. This term is calculated from AFM observations of CoO surface. The magnetic properties of the bilayer are not degraded in multilayers because the roughness is poorly affected by the stacking. In trilayer Py/Ru/Py, the term added to the Py intrinsic anisotropy is induced by the coupling of the two Py layers via the conduction electrons of Ru (RKKY coupling). Depending on the samples, the quadratic or antiferromagnetic coupling term is dominant. The hysteresis loop fitting leads to the coupling terms values. The dynamic properties calculus predicts the two resonance frequencies experimentally observed