Couches magnétiques épitaxiées sur surfaces vicinales de silicium : magnéto-optique linéaire et non linéaire

par Wissem Cheikhrouhou-Koubaa (Cheikh-Rouhou)

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Pierre Beauvillain.

Soutenue en 2002

à Paris 11 .


  • Résumé

    L'idée maîtresse de ce travail est l'étude de l'influence du caractère vicinal des substrats de silicium ainsi que des conditions de dépôt sur les propriétés magnétiques et magnéto-optiques linéaire et non linéaire des couches ultraminces Au/Co/Au/Cu épitaxiées. Nous avons utilisé pour cette étude des substrats monocristallins de silicium (111) désorientés de 0, 2 et 6° vers la direction [-1-12]. Ces marches, dont la densité est liée directement à l'angle de désorientation de la surface, induisent une brisure de symétrie uniaxiale dans le plan. Les échantillons ont e��té élaborés sous ultravide avec différentes conditions de dépôt du buffer de Cu (2ML à 100°C et 4ML à 200°C) et des épaisseurs variables de la couche tampon d'Au, t_Au, (3, 5, 10 et 15 ML) ainsi que du film magnétique t_C0 (2,5 à 15ML). Les différentes étapes de la croissance ont été suivies par RHEED et AFM/STM in situ. Pour les faibles épaisseurs de cobalt, l'aimantation spontanée est perpendiculaire au plan des couches et l'anisotropie d'interface dépend fortement de la température de dépôt de cuivre. Au-delà de l'épaisseur de basculement, une anisotropie uniaxiale d'axe facile parallèle aux bords de marches est induite par la vicinalité du substrat. Elle augmente avec l'angle de désorientation et la température de croissance du cuivre est observée. Une étude par doublage de fréquence optique s'est révélée être une technique puissante pour caractériser l'état de surface et des interfaces enterrées. En effet, nous avons pu mettre en évidence une anisotropie de réflectivité azimutale qui augmente avec l'angle de vicinalité du substrat et avec la température de dépôt de cuivre et qui ne dépend pas des épaisseurs d'or et de cobalt et donc de bien corréler les propriétés cristallographiques provenant essentiellement de la brisure de symétrie aux propriétés magnétiques et magnéto-optiques sous-jacentes.


  • Résumé

    We have investigated the growth and the magnetic properties of Au/Co/Au/Cu ultrathin films epitaxially deposited on Si (111) substrates misoriented toward [-1-12] direction with different miscut angles (0, 2, 6°). In order to check the dependence of the magnetic properties on growth conditions, samples were elaborated with different Cu deposition temperatures (2ML deposited at 100°C and 4ML at 200°C) and various Au layer thickness t_Au (3, 5, 10 and 15 ML) as well as Co thickness t_C0 (2. 5 to 15ML). The stepped structure of Si (111) substrate and that of the whole structure were studied in situ by RHEED and AFM / STM experiments and ex situ using polar and longitudinal MOKE experiment as well as Second Harmonic Generation (SHG) reflectivity. For lower Co thicknesses, the spontaneous magnetization is along the perpendicular to the film plane and the magnetic perpendicular interface anisotropy was found to be strongly dependent on the Cu deposition temperature and only slightly dependent upon Au buffer thickness. For higher Co thicknesses t_C0, the easy magnetization axis lies in the film plane. In this case, a uniaxial magnetic anisotropy was observed with the easy magnetization axis parallel to the monoatomic steps of the vicinal surface. As expected, this uniaxial in plane magnetic anisotropy increases with the atomic step density and then with the miscut angle of the vicinal surface. A second harmonic study is revealed to be a powerful technique to characterize the surface and the buried interfaces and to illustrate the lowering of the symmetry induced by the steps rearrangement of vicinal substrate. The SHG azimuthal anisotropy reflectivity of Au/Co/Au multilayer is found to be strongly dependent on both substrate misorientation and copper growth condition and rather independent of the Au buffer and Co layer thicknesses.

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Informations

  • Détails : 207 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.179-187.

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