Susceptibilité micro-ondes de couches minces ferromagnétiques : métrologie et analyse de la dynamique de l'aimantation

par Claus Bilzer

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Thibaut Devolder.


  • Résumé

    Les nouveaux dispositifs de l'électronique de spin nécessitent une meilleure compréhension du comportement hyperfréquence de l'aimantation. Ce travail est consacré au développement de la mesure de la résonance ferromagnétique à l'aide d'un analyseur de réseau vectoriel (VNA-FMR), pour caractériser la dynamique de l'aimantation. Bien que prometteuse, la méthode VNA-FMR n'est apparue que récemment et sa standardisation n'est pas encore accomplie. Nous avons établi l'analyse de données appropriée pour une géométrie en transmission d'ondes, où une analyse rigoureuse est possible. Nous avons comparé cette méthode à plusieurs méthodes simplificatrices, notamment l'utilisation d'un circuit ouvert à l'extrémité du guide d'ondes, permettant un dispositif expérimental plus compact. Nous avons étudié plusieurs types de couches minces. Des multicouches Fe/Au ont subi deux traitements de bombardement ionique pour modifier leurs propriétés. En combinaison avec des mesures structurales, les mesures de VNA-FMR ont prouvé clairement les améliorations induites par l'irradiation des couches magnétiques. Nous avons également étudié le phénomène de l'anisotropie d'échange sur des échantillons IrMn/NiFe et IrMn/CoFeB. En utilisant la méthode VNA-FMR, nous avons pu déduire le champ de l'anisotropie d'échange agissant sur l'aimantation pour chaque point du cycle d'hystérésis, démontrant ainsi sa dépendance vis-à-vis de l'histoire du champ magnétique. Enfin, nous avons étudié des alliages de CoFeB, en s'intéressant particulièrement au paramètre d'amortissement et à la raideur d'échange. On a montré que la recristallisation due au recuit thermique provoque une augmentation de l'amortissement.

  • Titre traduit

    Microwave susceptibility of thin ferromagnetic films : metrology and insight into magnetization dynamics


  • Résumé

    Characterizing and understanding the magnetization response at high frequencies is required to engineer the magnetic properties that are relevant in modern spin-electronics. This work is devoted to the development of vector network analyzer (VNA) ferromagnetic resonance (FMR), and to its use for the understanding of magnetization dynamics. While VNA-FMR is a promising approach, it only appeared recently and its standardization was not yet completed. We thus established the appropriate data analysis in a wave transmission geometry, where a rigorous analysis is possible. Using the former method as a standard, we have compared several simplifications of the measurement method, with a special focus on the use of an open-end reflection at the end of the waveguide, allowing a more compact set-up. We have investigated several model thin films: two ion bombardment treatments were tested to tailor the properties of Fe/Au multilayers. In combination with structural measurements, VNA-FMR measurements gave clear evidence on the ion-induced ameliorations of the magnetic layers. We have also studied the exchange bias phenomenon in IrMn/NiFe and IrMn/CoFeB systems. Using VNA-FMR, we could deduce the exchange bias field acting on the magnetization at each point along an hysteresis loop, giving evidence on its dependence on field history and thus giving insight into the micromagnetic state of the antiferromagnet. Finally, we have investigated CoFeB alloys, with an emphasis on their effective damping parameter and exchange stiffness constant. It was shown that the thermal annealing and the subsequent recrystallization could trigger an increase of the effective damping parameter.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (VI-182 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 159-175

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2007)194
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