Добірка наукової літератури з теми "Films magnétiques – Matériaux"

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)

Ce travail a porté sur la préparation et l'étude de matériaux magnétiques fonctionnels en couches dans l'optique d'une utilisation dans des micro-systèmes magnétiques. Deux systèmes de matériaux ont été étudiés: le FePt, qui est un matériau magnétique dur, et le FeRh, qui a une transition antiferromagnétique-ferromagnétique proche de la température ambiante. Dans le cas du FePt, les influences de la concentration en Pt, de l'ajout de Cu et des traitements thermiques, sur la transition de la phase A1 désordonnée, de faible anisotropie, à la phase L10 ordonnée, de forte anisotropie, ont été étudiées. Les dépendances en température de l'aimantation spontanée et du champ d'anisotropie de la phase L10 ont été déduites de l'analyse des courbes d'aimantation. Le pic d'Hopkinson qui est lié aux processus d'aimantation de la phase L10 à l'approche de la température de Curie a été modélisé. Dans le cas du FeRh, les influences de la concentration en Rh et des traitements thermiques ont été étudiées. Une analyse thermodynamique des mesures d'aimantation et des mesures de calorimétrie différentielle a été effectuée. Enfin, des couches hybrides de FePt-FeRh ont été déposées sur des substrats pré-gravés, pour démontrer la potentialité d'utiliser le FeRh pour contrôler thermiquement le champ de fuite généré par le FePt.

Nous avons étudié les corrélations entre les propriétés structurales, chimiques et les propriétés magnétiques de couches ultra-minces de NiO déposées sur un substrat de Fe3O4 (001) afin de décrire le couplage magnétique. Dans une première partie, le travail a été consacré à la caractérisation structurale de NiO/Fe3O4 (001). Les observations par microscopie électronique en transmission à haute résolution ont révélé la présence d’une structure cristalline contrainte à l’interface NiO/Fe3O4 (001). La seconde partie du travail concerne les propriétés physiques des couches obtenues. Les données quantitatives, obtenues par dichroïsme circulaire magnétique des rayons X ont montré une forte réduction des moments magnétiques de spin et orbitaux, accentuée pour les plus fortes températures de dépôt de NiO. Nous avons attribué cette diminution à la formation d’un nouveau composé NiFe2O4 à l’interface. Les résultats X-PEEM ont montré un couplage parallèle entre les couches NiO et Fe3O4 (001)
We have studied the correlations between structural, chemical and magnetic properties in ultrathin NiO films deposited on Fe3O4 (001) in order to describe the magnetic coupling. In the first part, we present the structural characteristics of NiO/Fe3O4 (001). In particular, the High-Resolution Transmission Electron Microscopy observations have revealed a strained crystalline structure at the NiO/Fe3O4 (001) interface. In a second part, we have studied the magnetic properties of NiO/Fe3O4 (001) bilayers. The quantitative data, obtained by X-ray Magnetic Circular Dichroïsm, show strong reductions in the magnetic spin and orbital moments proportional with the growth temperature of NiO. The reduced magnetic moments can be explained by the formation of a spinel compound NiFe2O4 at the interface. The last part of the work is devoted to the X-PEEM results. The magnetic contrast images obtained show perfect and parallel coupling between the spins in the NiO and Fe3O4 layers

La thèse s’intéresse à l’étude de la dynamique de désaimantation et de re-aimantation de systèmes ferromagnétiques légèrement excités au dessus du niveau de Fermi. Des impulsions laser femtosecondes dans le domaine spectral infrarouge (l = [3-10 µm]) sont utilisés pour exciter des films de CoPt3, de Ni et de Co de quelques nanomètres d’épaisseur. La réponse magnéto-optique est ensuite détectée grâce à une impulsion sonde visible (l = 798 nm). Les résultats montrent que, même dans le cas particulier où les transitions intrabandes dominent, la thermalisation, la relaxation vers le réseau et ensuite vers l'environnement demeurent les mécanismes prédominants pour la dynamique des spins dans les films ferromagnétiques. La comparaison entre la dynamique de thermalisation d’un film de CoPt3 et de Ni a permis de mettre en évidence l’importance de la structure de bande pour interpréter la dynamique de thermalisation des spins dans les métaux de transition. Pour des configurations expérimentales particulières, nous avons montré qu’il est possible d'induire un mouvement de précession amorti de l'aimantation autour du champ magnétique effectif. Le comportement de l’aimantation à ces échelles de temps a montré un bon accord avec le modèle théorique de Landau-Lifschitz Gilbert. La dynamique d’aimantation induite à 6. 5 µm dans un film de nickel a mis en évidence un comportement oscillatoire de période caractéristique égale à 2 ps. Ces oscillations sont indépendantes de l’angle du champ magnétique externe, de la densité d’excitation ainsi que de l’épaisseur du film. Nous avons attribué ce comportement à l’excitation d’un mode à 2-magnons dans le NiO par une onde acoustique générée dans le nickel
The aim of the study is to show how the ultrafast demagnetization and the subsequent rapid re-magnetization occur when exciting a ferromagnetic material with low energy infrared pulses. Towards that goal, we have used mid-infrared femtosecond laser pulses (l = [3-10 µm]) to excite CoPt3, Ni and Co ferromagnetic thin films. The magneto-optical response is then probed in the visible (l = 798 nm). Our results show that even though only intraband transitions occur, the demagnetization process and its subsequent relaxation to the lattice and to the environnement are still the dominant processes involved in the magnetization dynamics. We also show that the material band structure is important to interpret the thermalization synamics of the spins that occur before the heating of the lattice. For specific experimental configurations, we show that it is possible to induce a motion of precession of the magnetization around the effectif magnetic field and observe it while it is damped. Such approach gives an accurate description of the precession dynamics that can be modelled with Landau-Lifschitz Gilbert equations. The magnetization dynamics induced at 6. 5 µm in nickel shows an oscillatory behaviour with a period of 2 ps. Those oscillations are indpendents from the external magnetic filed angle, the pump intensity and the film thickness. We attribute this result to the excitation of a two-magnons mode on the NiO by an acoustic mode generated in nickel

Ce travail de thèse a pour objectif d’étudier le couplage magnétoélastique dans des matériaux ferromagnétiques. Pour ce faire, un éventail de techniques a été mis en place : La diffusion inélastique de la lumière par la spectroscopie Brillouin, une technique expérimentale bien implantée au laboratoire, a permis de suivre in situ l’évolution de la fréquence des ondes de spin dans des matériaux ferromagnétiques sous l’effet d’une contrainte uniaxiale appliquée ; de même que la microscopie à force magnétique afin de suivre in situ l’évolution de la configuration d’équilibre statique de l’aimantation. Cette approche expérimentale a permis de mettre en évidence le couplage magnétoélastique dans les systèmes étudiés et de déduire des valeurs expérimentales du coefficient de magnétostriction associé. La première partie du travail a porté sur l’étude de monocristaux de fer massif élaborés au laboratoire pour but de valider notre approche expérimentale. Le comportement magnétostrictif attendu (signe de la magnétostriction) a été observé pour différentes orientations cristallographiques. La deuxième partie s’est focalisée sur l’évolution, sous l’effet d’une contrainte externe, du comportement magnétique statique et dynamique de couches minces ferromagnétiques déposées sur substrat souple (Kapton). La contrainte extérieure appliquée nous a permis de contrôler l’anisotropie magnétoélastique générée et son incidence sur le comportement magnétique. Une autre approche expérimentale a consisté à déformer, par application d’une tension électrique en utilisant une cellule piézoélectrique, les films magnétiques déposés sur un substrat mince rigide. Cette approche ouvre sur de nouvelles perspectives au laboratoire pour l’étude du couplage magnétoélastique dans les films minces magnétiques.

On présente différentes avancées relatives à la caractérisation des propriétés électromagnétiques des matériaux en lignes de transmission ou en espace libre. La mesure des spectres de perméabilité de couches minces ferromagnétiques par perturbation de spire a été étudiée. Des inter-comparaisons internationales associées à la conception d'échantillons de référence basés sur l'utilisation originale de méta-matériaux ont permis de valider la technique. Dans un deuxième temps, une cellule de caractérisation des matériaux ferrite doux sous contrainte mécanique a été développée. Une démarche expérimentale a permis de valider son fonctionnement. On a défini les limites d'exploitation de la technique et proposé des améliorations. On a enfin étudié le contrôle non destructif des propriétés électromagnétiques de matériaux sur la base d'une instrumentation de mesure en champ proche. On a démontré l'intérêt de cette approche pour identifier des dispersions locales de propriétés et les quantifier
Advances in microwave material characterization using transmission line and free space techniques are presented. Single-coil perturbation measurement of thin ferromagnetic films is studied. International cross-measurements provide a first step in the technique validation. By the design of new reference samples based on meta-materials, we improved the apparatus calibration process. As magnetic materials may be mechanical stress sensitive, we developed coaxial cells to measure the permeability spectra of ferrite under compressive stress. Experimental validation of the cells is presented. Finally, a microwave near-field measurement technique is used to obtain a non-destructive imaging of material properties. We demonstrated the ability of our approach to detect and quantify local dispersions of electromagnetic properties

La thèse concerne la magnétostriction de films pulvérisés basés sur la nouvelle composition Tb(Fe0. 45Co0. 55)1. 5. Pour le film mince, une magnétostriction de 1140x10-6 a été obtenue. Dans les films sandwich Fe/Tb(Fe0. 45Co0. 55)1. 5(600nm)/Fe, le couplage d'échange interfacial conduit à une amélioration des caractéristiques magnétostrictives. Les valeurs magnétostrictives optimales sont obtenues après un recuit à 250°C du sandwich avec des couches de d'épaisseur 15nm : large magnétostriction, grande susceptibilité magnétostrictive et faible coercitivité. Les meilleures performances sont obtenues pour des multicouches de type " Spring Magnets "{Tb(Fe0. 55Co0. 45)1. 5(12nm)/Yx(Fe0. 7Co0. 3)1-x(10nm)}50. La microstructure des couches douces individuelles de Fe ou de FeCo dépend de la concentration en Y et/ou des traitements thermiques. Une excellente souplesse magnétostrictive (29. 7x10-2 T-1) et une large magnétostriction (720x10-6) ont été obtenues pour l'échantillon comportant des couches douces nanocristallines (x=0. 1), appelé " discontinuous exchange-spring multilayer ". Pour les multicouches, nous avons proposé une modélisation du processus d'aimantation à basse température et à température ambiante, incluant la paroi de domaine interfaciale. Un composite magnétoélectrique (ME) Tb(Fe0. 45Co0. 55)1. 5/PZT a été fabriqué et montre un coefficient de tension ME élevé de 9650 (V/m)(kA/m). Nous avons construit un capteur magnétique basé sur ce composite ME, qui présente une réponse en tension ME très élevée d'environ 130mV/mT. Il permet de déterminer non seulement l'intensité mais aussi la direction du champ magnétique
This thesis deals with the magnetostriction of the sputtered films based on the new composition Tb(Fe0. 45Co0. 55)1. 5. For the single film, a magnetostriction as high as 1140x10-6 was obtained. In Fe/Tb(Fe0. 45Co0. 55)1. 5(600nm)/Fe sandwich films, further improvement of magnetostrictive characteristics thanks to the interfacial coupling was observed. Optimal behaviors were found in 250°C-annealed sandwich with 15nm thick Fe-layer: high magnetostriction, high magnetostrictive susceptibility and low coercivity. The best performances were obtained for “Spring Magnets” magnetostrictive {Tb(Fe0. 55Co0. 45)1. 5(12nm)/Yx(Fe0. 7Co0. 3)1-x(10nm)}50 multilayers. The microstructure of the individual soft magnetic Fe or FeCo-layer depends on the Y-concentration and/or heat treatments. An excellent magnetostrictive softness with low magnetic coercivity (0. 4mT), large magnetostrictive susceptibility (29. 7x10-2 T-1) and large magnetostriction (720x10-6) was obtained in the sample with nanocrystalline soft layers (x=0. 1) named as discontinuous exchange-spring multilayers. For this system, models of the magnetization process at low and room temperature, including the interfacial domain wall, have been proposed. Using these magnetostrictive films, magnetoelectric (ME) Tb(Fe0. 45Co0. 55)1. 5/PZT composites have been fabricated that exhibit a maximum ME voltage coefficient as large as 9650 (V/m)(kA/m). Based on this ME composite, we have successfully manufactured a promising magnetic sensor with a very high ME voltage response (130mV/mT), which allows to determine not only the strength of the magnetic field but also its direction

Ce travail de thèse est dédié à l'étude des effets induits sur des matériaux à effet magnétocalorique géant par impact d'ions lourds. Ces matériaux présentent une transition de phase de premier ordre liée à une forte variation d'entropie potentiellement exploitable pour le développement de systèmes de réfrigération magnétique efficaces. En contrepartie la présence d'une hystérésis thermique et la faible gamme de température utile limitent leur potentiel. Dans ce travail, nous avons exploité les effets spécifiques de l¿impact des ions lourds à basse vitesse pour modifier ces caractéristiques, en engendrant du désordre et en créant des défauts ponctuels. Dans les couches minces d'arséniure de manganèse, qui possèdent une transition de phase magnéto-structurale, nous avons montré que ces défauts agissent comme des centres de nucléation et suppriment l'hystérésis thermique de façon stable dans le temps. En faisant varier les conditions d'irradiation, nous avons pu dégager le rôle fondamental de la densité de collisions élastiques induites par ces irradiations. Les effets des ions sur des couches minces de FeRh, un autre matériau à effet magnétocalorique géant présentant une transition de phase de type métamagnétique, ne permettent pas de supprimer l'hystérésis ce qui souligne l'importance de la présence d¿un changement de phase structurale dans le processus de suppression de l'hystérésis. Par ailleurs, nos investigations révèlent que le contrôle du nombre d'ions par unité de surface impactant l'échantillon permet de moduler la température de transition de phase. Cet effet constitue une nouvelle méthode prometteuse pour les applications
This work aims to study the effects of slow heavy ions on giant magnetocaloric materials. These materials present a first order phase transition coupled to a strong variation of entropy potentially exploitable for the development of systems of effective magnetic refrigeration. On the other hand, the thermal hysteresis and the small range of working temperatures restrict the use of these materials. In this work, we exploited the specific effects of slow heavy ions impact to modify these characteristics. Ion collisions induce disorder and point-like defects into materials. In manganese arsenide thin films, presenting a magneto-structural transition, we demonstrated that this new defects act like nucleation centers which suppress the thermal hysteresis in a stable way in time. By varying irradiation conditions, we were able to highlight the fundamental role of the density of elastic collisions generated by these irradiations. Effects of ions in iron-rhodium thin films, another giant magnetocaloric material with a metamagnetic phase transition were also studied. In this case, the thermal hysteresis is not suppressed by the ions impact indicating that the phase structural change plays an important role in the reduction of the thermal hysteresis. Furthermore our investigations demonstrated that by controlling irradiation conditions, in particular the number of incident ions on a given sample surface, the temperature of the phase transition can be modulated. This effect is a new promising method for applications

La premiere partie est consacree a la coexistence ordre desordre dans les systemes de spins vectoriels. Il est montre dans le cas d'un systeme cubique centre, avec prise en compte d'interactions d'echange entre premier et second voisins, la possibilite d'une coexistence de l'ordre et du desordre. Un des sous reseau (les spins aux coins) reste ordonne, alors que les spins au centre sont desordonnes. Le diagramme de phase est etabli, et la comparaison au cas quantique est effectuee. Une methode d'etude des configurations de spins non colineaires est developpee. Par minimisation de l'energie libre, l'angle entre les spins en fonction de la temperature est determine. La deuxieme partie est consacree aux phenomenes de reorientation dans le cas de films minces. La prise en compte de l'interaction dipolaire, qui favorise l'aimantation dans le plan, et d'un terme d'anisotropie favorisant une aimantation perpendiculaire au plan de la couche, permet de rendre compte du basculement de l'aimantation dans le plan lorsque la temperature ou le nombre de couches augmente. Un diagramme de phase est etabli, et permet d'etudier l'influence des differents parametres. La transition est trouvee comme etant du premier ordre. Cette etude est completee par l'utilisation du formalisme des fonctions de green. L'etude des spectres d'onde de spin, montre la possibilite d'existence de modes mous de surface, et donc d'une reorientation aisee des spins. La troisieme partie est consacre au cas d'une multicouche constituee d'un reseau hexagonal compact. Une interaction d'echange antiferromagnetique dans le plan et ferromagnetique entre plans est consideree. Il est demontre l'existence de trois phases, dont une non colineaire. Le phenomene de reorientation est mis en evidence dans le cas multicouche.