Croissance, structure et magnétisme de couches minces à base de métaux de transition : cas de Mn/Fe(100) et des alliages cfc FeNi1-x/Cu(100) de type Invar

par Eddy Foy

Thèse de doctorat en Physique du solide, Cristallographie

Sous la direction de Gérard Krill.

Soutenue en 1999

à Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris .

mots clés

• Spectrométrie Huger
• Couches minces
• Métaux de transition -- Alliages

Résumé

Nous avons étudié la croissance (EJM), la structure (RHEED, LEED, EXAFS ET XRD), et les propriétés magnétiques (XMCD ET SQUID) de films minces à base de métaux de transitions 3d, en particulier les systèmes Mn/Fe(100) et les alliages cfc Fe xn 1 -x/Cu(100). Pour l'étude du système Mn/Fe(100), les épaisseurs des films sont comprises entre 0. 05 et 1 MC. Les expériences de XMCD réalisées aux seuils l 2 , 3 du Fe et du Mn permettent de vérifier l'ordre magnétique à l'intérieur de la couche de Mn, ainsi que le couplage magnétique Mn-Fe. Nous avons montré le rôle du taux d'oxygène sur la nature du couplage magnétique. En effet, une transition Ferro antiferromagnétique se produit en fonction du taux d'oxygène. La cinétique de cette transition a été suivie en temps réel pour 0. 1 MC de Mn par XPS et XMCD. Nous supposons alors que ce couplage résulte d'un super échange entre le Fe et le Mn par l'intermédiaire des électrons 2p de l'oxygène. Les films minces d'alliages Fe xNi 1 -x ont été épitaxiés sur Cu(100) cfc pour étudier l'éventuelle persistance d'un effet de type invar dans ces systèmes. Les différentes études structurales montrent que jusqu'à une épaisseur de 30 MC et une concentration en Fe de 86%, il n'y a pas de tetragonalisation ni de relaxation de la maille cristalline des dépôts. De plus, nous avons trouvé une variation de volume de 1% en fonction de la concentration, cependant nous n'avons pas pu mettre en évidence une variation de volume en température. A partir des études XMCD en température sur des films minces d'une épaisseur de 10 mc, nous avons pu mettre en évidence un comportement magnétique comparable a celui des alliages dit invar. Ce comportement se caractérise par une faible variation du paramètre de maille et une diminution continue du moment magnétique porte par les atomes de Fe dans une gamme de concentration comprise entre 60% et 90% de fe, alors que celui porte par les atomes de nickel demeure constant. Un modèle théorique récent, prenant en compte les effets d'environnement local et dans lequel des alignements non-colinéaires des spins portes par les atomes de Fe sont admis, nous permet d'expliquer ce comportement.

Titre traduit

Growth, structure and magnetic properties of ultra-thin films based on 3d transition metals : the cases of Mn/Fe(100) and fcc FexNi1-x/cu(100 Invar alloys

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