Propriétés de transport électronique de nanofils magnétiques connectés par voie lithographique

• Auteur / Autrice : Laurent Vila
• Direction : Agnès Barthélémy, Luc Piraux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Paris 11 en cotutelle avec Université catholique de Louvain (Belgique)

Mots clés

Mots clés libres

Micro-magnétisme

Magnéto-résistance

Lithographie

Membranes nanoporeuses

Résumé

L'avènement des nanotechnologies touche différentes disciplines telles l'électronique, le stockage d'informations, les télécommunications, la sciences de matériaux, le monde du vivant. . . Cet engouement entraîne un effort expérimental important vers la fabrication et l'étude de systèmes de dimensions nanoscopiques, dont les propriétés, souvent ajustables, permettront de répondre à des besoins spécifiques. Dans ce contexte, les nanofils magnétiques suscitent un fort intérêt tant sur le plan fondamental que du point de vue de leurs applications potentielles. Une voie élégante pour élaborer de tels nanofils consiste à utiliser des milieux nanoporeux bien définis, tels des membranes polymères, dont les pores cylindriques sont remplis par dépôt électrolytique. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous présentons les résultats d'études de propriétés de transport de nanofils magnétiques isolés. A cette fin, la lithographie électronique a été utilisée pour poser plusieurs contacts électriques le long de nanofils dispersés sur un substrat, permettant ainsi de sonder localement, sur quelques centaines de nanomètres, les propriétés magnétorésistives de fils de diamètre inférieur à 100 nm. Des simulations micromagnétiques couplées aux mesures de transport nous ont permis d'identifier une situation vortex dans des nanofils de cobalt où une forte anisotropie magnéto-cristalline transverse au fil est présente. Egalement, nous avons étudié par diverses techniques l'influence des conditions de dépôt électrolytique sur la microstructure des nanofils de Co. Par ailleurs, le développement d'une nouvelle technique de nano-indentation résistivo-contrôlée a permis de fabriquer des nanoconstrictions magnétiques. L'utilisation potentielle de ces nanofils métalliques comme pointes nanoscopiques a été également démontrée pour diverses applications: pointes pour la microscopie à force magnétique et la microscopie par résonance magnétique, et source électronique en émission de champ.

Recent developments in nanotechnologies have deep implications in several fields like electronics, magnetic storage, telecoms, material sciences, biology. . . This gives rise to intensive experimental research on fabrication and on the study of systems at the nanometric scale. In addition to the interest of such studies for basic research knowledge, the emergence of new materials and the tailoring of their functionnalities, will certainly respond to specific needs in the future. In this context, magnetic nanowires attract a lot of attention due to their fundamental properties as well as their potential applications in nanotechnologies. An elegant approch to elaborate those kind of nanowires, consists in the use of well defined nanopores, as in, for example, track-etched polymer membranes, as a template for the synthesis of the nanowires by electrodeposition. In this work, electronic lithography has been used to deposit several electrical contacts along isolated nanowires spread over a substrate. This allows one to probe, almost locally, the magneto-resistance properties of wires with diameter smaller than 100 nm over a length of several hundreds of nanometers. Micro-magnetic simulations have been used altogether with experimental measurements. This approach leads us to demonstrate a situation involving vortices in Co nanowires with tranverse magnetocristalline anisotropy. By the use of several techniques, we also studied the influence of the growth conditions on the structural and magnetic properties of Co nanowires. Moreover, we develop a new lithography technique based on real-time electrically-controlled nano-indentation in order to study magnetics nano-constacts. Finally, the potential use of metallic nanowires as nanoscopic tips was also demonstrated for severals applications: tips for magnetic force microscopy, for magnetic resonant force microscopy, and as electronic sources for field emission applications.