Nanostructures et films minces magnétiques sur surfaces vicinales de Si (111)

par Antoine Fleurence

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Pierre Beauvillain.


  • Résumé

    Nous avons utilisé des surfaces vicinales de Si (111) comme substrats pour la croissance de nanostructures et de films minces magnétiques. Le dépôt de quelques mono-couches d’or sur une surface à paquets de marches donne lieu à la formation d’îlots tri-dimensionnels constitués d’un composé Au-Si, alignés suivant les paquets. En faisant réagir sélectivement un film de Co avec le substrat de Si couvert par les îlots, il est possible d’y former un réseau de nanoparticules magnétiques. Suite à une étude menée par microscopie tunnel et par des moyens de magnétométrie, un procédé a été établi permettant de produire des empilements Au/Co/Au-Si localisés. Ceux-ci sont ferromagnétiques à température ambiante et ont un comportement isotrope dans le plan. Leur taille est ajustable entre 15 nm et 100 nm en jouant sur les conditions de croissance des îlots Au-Si, et de même pour leur densité. Par ailleurs, des empilements Au/Co/Au/Cu et Au/Co/Cu ont été déposés sur surfaces vicinales de Si(111) désorientées suivant [1 1 -2] et [-1 -1 2], qui diffèrent par leurs morphologies respectives. La magnétométrie Kerr et la résonance ferromagnétique ont montré des anisotropies magnétiques différentes liés à la structure cristalline des films de Co, hcp dans le cas Au/Co/Au/Cu et cfc dans le cas Au/Co/Cu. En plus de l’anisotropie magnéto-cristalline, la vicinalité induit une anisotropie uniaxiale avec un axe facile suivant la direction des bords de marche. Cette anisotropie s’explique par la modulation anisotrope de la topographie de la surface. Une observation par microscopie Kerr polaire a mis en lumière la forte influence du substrat sur la forme et la propagation des domaines magnétiques.

  • Titre traduit

    Magnetic nanostructures and thin films grown on Si(111) vicinal surfaces


  • Résumé

    We used Si(111) vicinal surfaces as substrates for the growth of magnetic nanostructures and thin films. The growth of a few monolayers of gold on a step bunched surface gives rise to the formation of tri-dimensional Au-Si droplets aligned along the steps bunches. Through a selective reaction between a Co film and the Si substrate covered by droplets, it is possible to elaborate an array of magnetic particles. By means of scanning tunelling microscopy and magnetometry experiments, a process was established leading to the formation of nanometric Au/Co/Au-Si stackings. They have a ferromagnetic in plane isotropic behavior. Their size is tunable between 15 nm and 100 nm through the growth conditions of Au, also their density. Au/Co/Au/Cu and Au/Co/Cu stackings were deposited on Si(111) vicinal surfaces misoriented along [1 1 -2] and [-1 -1 2] of different morphologies. Kerr effect magnetometry and ferromagnetic resonance experiments show different magnetic anisotropies relevant to different crystal structures, hcp in case of Au/Co/Au/Cu and cfc in case of Au/Co/Cu. In addition to the magneto-cristalline anisotropy, the vicinality of the surface induces an uniaxial anisotropy with an easy axis along the step edges. This anisotropy originates in the anisotropic modulation of the topography. Polar Kerr microscopy observations evidenced the strong influence of the substrate on the magnetic domains shape and propagation.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (129 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 117-127

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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)302
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