Anisotropie magnétique et hystérésis du cobalt à l'échelle du plan atomique : théorie et expérience

par Patrick Bruno

Thèse de doctorat en Physique. Physique des solides

Sous la direction de Jean-Pierre Renard.

Soutenue en 1989

à Paris 11 .

mots clés

• Films ultraminces
• Hystérésis
• Structure de bandes
• Rugosité
• Couplage spin-orbite
• Moment magnétique orbital
• Anisotropie
• Cobalt
• Couches minces
• Spin

Résumé

Cette thèse présente l'étude expérimentale et théorique magnétiques de films ultraminces de cobalt épitaxiés sur substrats d'or polycristallins. Les mesures de cycles d'hystérésis confirment la présence (précédemment observée par résonance ferromagnétique) d'une forte anisotropie d'interface s'opposant au champ démagnétisant, et donnant lieu pour des épaisseurs de cobalt inférieures à 6 plans atomiques, à un basculement de l'axe de facile aimantation perpendiculairement au plan de la couche. J'ai également mis en évidence deux phénomènes nouveaux : à basse température, le champ coercitif augmente considérablement aux faibles épaisseurs: à température ambiante, il existe un traînage important de l'aimantation. J'ai interprété ces phénomènes à l'aide d'un modèle de mouvements de parois de Bloch montrant le rôle prépondérant joué par la rugosité interfaciale. J'ai étudié théoriquement, par des calculs de structure électronique dans l'approximation des liaisons fortes, l'anisotropie magnétique de films mono­ atomiques de fer, cobalt et nickel. Ces calculs contribuent à une compréhension meilleure de ce phénomène. Par ailleurs, l'étude du moment magnétique orbital m'a permis de prédire un effet original dans ces films ultraminces : une anisotropie du moment magnétique d'environ 0,1 magnéton de Bohr, très supérieure à celle des matériaux massifs. Enfin, j'ai étudié, à l'aide de modèles phénoménologiques, l'effet des imperfections (rugosité, déformations interfaciales) sur l'anisotropie magnétique.

Titre traduit

Magnetic anisotropy and hysteresis of cobalt in the monolayer range : theory and experiment

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