Elaboration, etude et modelisation d'un systeme magnetique modele : reseaux de plots sub-microniques ultraminces de fe(110) epitaxie a anisotropie planaire

par Olivier Fruchart

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean-Pierre Nozières.

Soutenue en 1998

à Grenoble 1 .

    mots clés mots clés


  • Résumé

    L'objectif de cette these etait l'elaboration, l'etude et la modelisation des processus de renversement de l'aimantation dans un systeme modele : des plots submicroniques ultraminces epitaxies a aimantation planaire. Nous avons montre en depot laser pulse (dlp) par analyse rheed et afm que le procede habituel de depot a t<800c des couches tampons de w et mo sur al#2o#3 induisait une rugosite importante. Nous proposons un nouveau procede fonde sur un depot a 200c, un recuit a 800c et une poursuite de depot a 800c, qui permet l'obtention de couches monocristallines de mo(110) dont la surface est composee de larges terrasses atomiques, permettant par consequent la croissance de couches de fer(110) de haute qualite. L'utilisation des techniques de lithographie x et de gravure seche ont ensuite permis de realiser des reseaux de dizaines de millions de plots (particules) identiques, de dimensions laterales de 200nm a 500nm. Pour les reseaux etudies les interaction dipolaires entre particules peuvent etre negligees. L'analyse magnetique des couches continues a montre que le systeme mo/fe(110) (peu etudie jusqu'alors) presente une anisotropie d'interface planaire qui favorise l'axe 001 au detriment de $$110, de meme intensite mais de signe oppose a celle de w/fe(110), et qui permet d'atteindre des champs d'anisotropie superieurs a 0. 5t aux faibles epaisseurs de fe. Au dessus de 10mc (monocouches) le retournement s'effectue a champ faible par nucleation sur un defaut isole puis par propagation libre et immediate d'une paroi. Au dessous de 5mc les parois sont piegees du fait des fluctuations spatiales discretes de l'epaisseur de la couche de fer. La gravure en particules empeche le balayage des parois et induit une tres forte augmentation de coercitivite, qui est d'autant plus importante que l'epaisseur est faible (du fait de la diminution des champs demagnetisants internes aux particules), jusqu'a atteindre h#c = 0. 73h#a pour e = 1nm. Le comportement hc() mesure est tres proche de la loi de stoner-wohlfarth, bien que le retournement ne soit pas coherent puisque le volume de nucleation (determine par hc(t) et trainage) ne represente que 1% du volume d'une particule. Des mesures de particules individuelles par microsquid confirment que les particules sont essentiellement uniformement aimantees, et montrent egalement que la distribution des champs de retournement d'une particule unique est faible. Nous proposons une methode pour evaluer le cycle d'hysteresis moyen d'une particule unique a partir de la mesure macroscopique du cycle d'hysteresis et de la susceptibilite reversible du reseau. Nous avons egalement developpe un modele micromagnetique de retournement de l'aimantation specifique aux particules ultraminces a aimantation planaire, et qui predit, en fonction de l'epaisseur du plot, la reduction de champ coercitif hc par rapport au champ d'anisotropie, c'est a dire par rapport au champ de retournement coherent. Des simulations numeriques ont montre d'une part la pertinence du modele, d'autre part qu'au dela d'une taille laterale de l'ordre de 50 a 100nm la taille laterale du plot n'influence plus la valeur de la coercitivite, qui est alors determinee uniquement par l'epaisseur du plot. L'accord est relativement bon entre modele et simulation d'une part, experience d'autre part, meme si la coercitivite calculee est toujours plus elevee que celle observee.

  • Titre traduit

    Fabrication, study and modelling of a model magnetic system : arrays of ultrathin submicrometer-sized dots made of epitaxial fe(110) with in-plane anisotropy


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Informations

  • Détails : 274 P.
  • Annexes : 206 REF.

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