Elaboration et étude de couches minces et multicouches à magnétostriction géante à base du composé TbFeCo

par Do Thi Huong Giang

Thèse de doctorat en Physique. Sciences des matériaux

Sous la direction de Jacques Teillet.

Soutenue en 2005

à Rouen .

mots clés

• Matériaux -- Propriétés magnétiques
• Magnétoélasticité
• Films magnétiques
• Nanostructures
• Capteurs (technologie)
• Aimantation

Résumé

This thesis deals with the magnetostriction of the sputtered films based on the new composition Tb(Fe0. 45Co0. 55)1. 5. For the single film, a magnetostriction as high as 1140x10-6 was obtained. In Fe/Tb(Fe0. 45Co0. 55)1. 5(600nm)/Fe sandwich films, further improvement of magnetostrictive characteristics thanks to the interfacial coupling was observed. Optimal behaviors were found in 250°C-annealed sandwich with 15nm thick Fe-layer: high magnetostriction, high magnetostrictive susceptibility and low coercivity. The best performances were obtained for “Spring Magnets” magnetostrictive {Tb(Fe0. 55Co0. 45)1. 5(12nm)/Yx(Fe0. 7Co0. 3)1-x(10nm)}50 multilayers. The microstructure of the individual soft magnetic Fe or FeCo-layer depends on the Y-concentration and/or heat treatments. An excellent magnetostrictive softness with low magnetic coercivity (0. 4mT), large magnetostrictive susceptibility (29. 7x10-2 T-1) and large magnetostriction (720x10-6) was obtained in the sample with nanocrystalline soft layers (x=0. 1) named as discontinuous exchange-spring multilayers. For this system, models of the magnetization process at low and room temperature, including the interfacial domain wall, have been proposed. Using these magnetostrictive films, magnetoelectric (ME) Tb(Fe0. 45Co0. 55)1. 5/PZT composites have been fabricated that exhibit a maximum ME voltage coefficient as large as 9650 (V/m)(kA/m). Based on this ME composite, we have successfully manufactured a promising magnetic sensor with a very high ME voltage response (130mV/mT), which allows to determine not only the strength of the magnetic field but also its direction.

Titre traduit

Fabrication and study of giant magnetostrictive single layer and multilayer films based on TbFeCo alloy

Résumé

La thèse concerne la magnétostriction de films pulvérisés basés sur la nouvelle composition Tb(Fe0. 45Co0. 55)1. 5. Pour le film mince, une magnétostriction de 1140x10-6 a été obtenue. Dans les films sandwich Fe/Tb(Fe0. 45Co0. 55)1. 5(600nm)/Fe, le couplage d'échange interfacial conduit à une amélioration des caractéristiques magnétostrictives. Les valeurs magnétostrictives optimales sont obtenues après un recuit à 250°C du sandwich avec des couches de d'épaisseur 15nm : large magnétostriction, grande susceptibilité magnétostrictive et faible coercitivité. Les meilleures performances sont obtenues pour des multicouches de type " Spring Magnets "{Tb(Fe0. 55Co0. 45)1. 5(12nm)/Yx(Fe0. 7Co0. 3)1-x(10nm)}50. La microstructure des couches douces individuelles de Fe ou de FeCo dépend de la concentration en Y et/ou des traitements thermiques. Une excellente souplesse magnétostrictive (29. 7x10-2 T-1) et une large magnétostriction (720x10-6) ont été obtenues pour l'échantillon comportant des couches douces nanocristallines (x=0. 1), appelé " discontinuous exchange-spring multilayer ". Pour les multicouches, nous avons proposé une modélisation du processus d'aimantation à basse température et à température ambiante, incluant la paroi de domaine interfaciale. Un composite magnétoélectrique (ME) Tb(Fe0. 45Co0. 55)1. 5/PZT a été fabriqué et montre un coefficient de tension ME élevé de 9650 (V/m)(kA/m). Nous avons construit un capteur magnétique basé sur ce composite ME, qui présente une réponse en tension ME très élevée d'environ 130mV/mT. Il permet de déterminer non seulement l'intensité mais aussi la direction du champ magnétique.