Etude par simulations numériques de bicouches FM / AFM à anisotropie d'échange

• Auteur / Autrice : Adeline Maitre
• Direction : Denis Ledue
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique - Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Rouen
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences physiques mathématiques et de l'information pour l'ingénieur (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; ....-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de physique des matériaux (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1996-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Anisotropie

Température de transition

Hystérésis, Cycle d'

Rugosité

Monte-Carlo, Méthode de

Ising, Modèle d'

Antiferromagnétisme

Ferromagnétisme

Résumé

Ce travail de thèse est consacré à l’étude, par simulations numériques, du phénomène d’anisotropie d’échange présent, notamment, dans les éléments sensibles des MRAMs. La première partie de ce mémoire porte sur l’influence de la rugosité d’interface, combinée à l’effet de la température, sur les propriétés d’anisotropie d’échange, par le biais d’une approche atomique. L’étude a permis de confirmer la forte influence de la configuration interfaciale. Il a notamment été observé que l’interface présentant la plus forte rugosité, donnait lieu à des valeurs plus importantes du champ d’échange. De plus, l’existence de sites FM à fort champ local agissant comme des sites de nucléation lors du retournement d’aimantaion a été observée. Nos résultats montrent également que la frustration magnétique, combinée à l’agitation thermique, pouvait induire une annulation du champ d’échange dans le cas d’une interface suffisamment rugueuse, confirmant ainsi que la frustration magnétique à l’interface FM/AFM peut conduire, lorsque la température augmente, à des régions magnétiquement désordonnées qui ne contribuent pas au champ d’échange. La seconde partie de ce mémoire est consacrée à l’effet de la température et de la microstructure sur les propriétés d’anisotropie d’échange, ainsi qu’aux distributions de température de blocage via une approche granulaire. Il en ressort que la température à laquelle l’annulation du champ d’échange est observée, communément définie comme une AF température de blocage des grains AFM (TBAFM), correspond, d’après nos simulations, à AF environ 80% de TBAFM calculée. L’influence de zones “verre de spin”, ayant pour origine un affaiblissement du couplage effectif dû à la présence de rugosité, sur la distribution de TBAFM a également été étudiée. L’introduction d’une “certaine quantité” de grains présentant un état “verre de spin” dans la couche AFM, induit bien un pic à basse température comme observé expérimentalement.

This thesis is dedicated to the study, by mean of Monte Carlo simulations, of the exchange anisotropy observed in MRAMs. The first part of the manuscript focuses on the influence of the interfacial roughness and the temperature, on exchange anisotropy properties, via an atomic approach. This study confirmed the strong influence of the interfacial configuration. It was observed that a roughest interface gives rise to higher values of the exchange field. Moreover, the presence of FM sites with a strong local field, acting as nucleation sites during the magnetization reversal, has been observed. Our results have shown that magnetic frustration, combined to thermal activation, with a sufficiently rough interface, can lead to a cancelling of the exchange field, confirming that magnetic frustration at FM/AFM interface can lead, when the temperature increases, to magnetically disordered areas which do not contribute to the exchange field. The second part of the manuscript is dedicated to the effect of temperature and microstructure on exchange anisotropy properties as well as blocking temperature distribution via a granular approach. It appears that the temperature corresponding to the disappearing of exchange field, commonly defined as the blocking temperature of AFM grains (TBAFM), corresponds, according to our simulation, to 80% of calculated TBAFM. The influence of spin glasses areas, inducing an effective coupling decrease due to the roughness, on the TBAFM distribution has been studied. The introduction of a quantity of grains with a spin glass behavior in the AFM layer, can lead to the observation of a low temperature peak in the blocking temperature distribution, as experimentally observed.