Configurations de l'aimantation dans des objets magnétiques à dimentionalité réduite : Relation entre magnétisme et transport

Micromagnetic configurations in magnetic objects with reduced lateral size. Correlation between magnetism and transport properties

• Auteur / Autrice : Ioan-Lucian Prejbeanu
• Direction : Kamel Ounadjela
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de la matière condensée
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couches minces

Effets galvanomagnétiques

Magnétorésistance

Microscopie

Magnétostatique

Champs magnétiques

Matériaux -- Propriétés magnétiques

Nanostructures

Résumé

Ce travail de thèse est constitué de deux parties distinctes. La première consiste en l'étude de la magnétorésistance de parois de domaines magnétiques dans des nanofils de cobalt monocristallin. Ces nanofils ont été fabriqués par lithographie électronique et gravure à partir de films minces épitaxiés, à forte anisotropie uniaxiale planaire. Le confinement de l'aimantation qui résulte de la nanostructuration affecte fortement sa distribution. Différentes configurations micromagnétiques sont induites dans ces fils selon qu'ils sont découpés parallèlement ou perpendiculairement à l'axe de facile aimantation cristallin. Ces configurations dépendent fortement de l'histoire magnétique. Le retournement de l'aimantation dans ces fils a été étudié en détail, à l'aide de mesures de magnétotransport. Celles ci ont été interprétées dans le cadre des modèles décrivant la magnétorésistance de parois et les effets galvanomagnétiques classiques des matériaux ferromagnétiques. Il ressort de cette étude que la contribution magnétorésistive des parois est positive et augmente à basse température. La seconde partie de ce travail est consacrée à l'étude de réseaux de plots circulaires de cobalt polycristallin, fabriqués par nano-impression. Dans les réseaux les moins denses, où les interactions magnétostatiques entre plots sont négligeables, différents mécanismes de renversement de l'aimantation ont été identifiés en fonction des dimensions des objets: une rotation cohérente de l'aimantation ou la formation d'un, voire de deux vortex. Dans les réseaux les plus denses, les interactions magnétostatiques sont à l'origine de phénomènes de renversement collectif de l'aimantation. Elles entraînent la formation, par un processus d'avalanche, de chaînes de plots monodomaines ou contenant des vortex de sens de circulation identique. Elles imposent au processus de renversement, et notamment au champ de nucléation, d'être anisotrope, de symétrie identique à celle de la maille du réseau.

In this work, two different aspects of the magnetic properties in systems of small dimensions have been investigated. The first aspect concerns the domain wall magnetoresistance in monocristallin cobalt nanowires of rectangular section. These nanowires were fabricated by electron-beam lithography and dry etching from epitaxial cobalt thin films with strong in-plane uniaxial anisotropy. The reduction of the lateral size of the system influences drastically the distribution of the magnetization. Different micromagnetic configurations are obtained in wires, depending on their orientation, parallel or perpendicular, with respect to the easy magnetocristalline axis. These configurations are strongly affected by the magnetic history. The magnetization reversal in the wires was studied by magnetotransport measurements and interpreted in the context of models of domain walls scattering and conventional galvanomagnetic effects in ferromagnetic materials. The domain wall magnetoresistance obtained from this study is positive and increases at low temperature. The second part is dedicated to the study of arrays of polycrystalline circular cobalt dots, fabricated by nanoimprint. For the case of widely spaced arrays, where the magnetostatic interactions between dots are negligible, different magnetization reversal mechanisms were identified, as a function of the dot dimensions: a coherent rotation of the magnetization and the formation of one or two vortices. For a dense array, the magnetostatic interactions generate collective magnetization reversal phenomena. These interactions lead to the formation, by an avalanche mechanism, of single-domain state chains or vortex-state chains, with identical rotation sense. Furthermore, they give rise to a quadratic anisotropy of the reversal process, and namely of the vortex nucleation field.