Structure et magnétisme aux interfaces de basses symétries

Structure and magnetism of low-symmetry interfaces

• Auteur / Autrice : Alexandre Wu-Vignolo
• Direction : Vincent Repain, Amandine Bellec
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 17/12/2024
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Matériaux et phénomènes quantiques (Paris ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Franck Vidal
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurence Masson
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Ranno, Fatih Zighem

Mots clés

Mots clés contrôlés

Films magnétiques

Magnétisme

Symétrie (physique)

Interfaces (sciences physiques)

Mots clés libres

Magnétisme

Basse Symétrie

Interfaces

Effet Kerr Magnéto-Optique

Surfaces Chirales

Décompostion en Valeurs Singulières

Diffraction à Rayons X

Magnétométrie à échantillon vibrant

Figure de Pole

Cristallographie

Magnetism

Low-Symmetry

Interfaces

Magneto-Optic Kerr Effect

Chiral Surfaces

Singular Value Decompostion

X-Ray Diffraction

Vibrating Sample Magnetometry

Pole Figure

Cristallography

Résumé

Dans cette thèse, nous étudions la structure des interfaces de basse symétrie et leur impact sur le magnétisme des films ferromagnétiques ultraminces. Les interfaces de basse symétrie sont créées par épitaxie de cobalt sur des surfaces dites chirales, c'est-à-dire des surfaces sans plan miroir. Le concept de surfaces chirales est discuté en détail, avec une attention particulière accordée à leur nomenclature et à la description de leur structure dans le cas des cristaux cubiques à faces centrées. Nous présentons tout d'abord notre étude de la structure de la surface chirale (643) et de films ultraminces de cobalt épitaxiés à travers les techniques de microscopie à effet tunnel (STM), de diffraction d'électrons lents et de diffraction de rayons X. Nous recherchons des signatures de la chiralité de la surface et des films ultraminces de cobalt sur les figures de diffractions et les images STM. Dans une deuxième partie, nous nous concentrons sur les propriétés magnétiques d'échantillons magnétiques fabriqués sur différentes surfaces chirales : Pt/Co/Pt/Au(643), Au/Co/Cu(643) et Au/Co/Cu(523). Une étude angulaire du champ coercitif par effet Kerr magnéto-optique (MOKE) et par magnétométrie à échantillon vibrant (VSM) révèle que ces échantillons ont un axe difficile d'aimantation dans le plan. Une étude plus approfondie du Pt/Co/Pt/Au(643) a montré qu'il possède un axe facile d'aimantation incliné avec une anisotropie magnétique anormalement élevée. Enfin, nous présentons une nouvelle technique de magnétométrie vectorielle utilisant la spectroscopie MOKE et la décomposition en valeurs singulières (SVD). Les résultats de la SVD montrent de bons accords avec la méthode traditionnelle utilisant des arguments de symétrie et avec les mesures VSM. Ils nous permettent de démontrer que le retournement de l'aimantation suit une trajectoire complexe dans ces échantillons. L'ensemble des résultats de cette thèse ouvre de nouvelles perspectives dans le domaine de l'électronique de spin.

In this thesis, we study the structure of low symmetry interfaces and their impact on the magnetism of ultrathin ferromagnetic films. The low symmetry interfaces are created by epitaxy of cobalt on so-called chiral surfaces which are surfaces without mirror planes. The concept of chiral surfaces is discussed in detail, with a particular attention to their nomenclature and the description of their structure in the case of face centered cubic crystals. We first present our study of the structure of the chiral (643) surface and of the deposited cobalt ultrathin film by means of Scanning Tunneling Microscopy (STM), Low Energy Electron Diffraction and X-Ray Diffraction. We probe the signature of the surface chirality on the diffraction patterns and STM images. In a second part, we focus on the magnetic properties of magnetic samples on different chiral surfaces: Pt/Co/Pt/Au(643), Au/Co/Cu(643) and Au/Co/Cu(523). An angular Magneto-optical Kerr Effect (MOKE) and Vibrating Sample Magnetometry (VSM) study of the coercive field reveals that such samples have an in-plane hard axis of magnetization. A more in depth study of the Pt/Co/Pt/Au(643) revealed that it has a canted axis of magnetization with an unusually large magnetic anisotropy. Finally, we present a novel vectorial magnetometry technique using MOKE spectroscopy and Singular Value Decomposition (SVD). The SVD results show good agreements with the traditional method using symmetry arguments and with VSM measurements. They enable us to demonstrate that magnetization reversal follows a complex trajectory in these samples. The perspective of this thesis will be to use such low symmetry magnetic ultrathin films for applications in spintronics.