Renversement d'aimantation dans des nanostructures par propagation de parois de domaines sous champ magnétique et courant électrique

Magnetization reversal in nanostructures by domain wall propagation under magnetic field and electrical current

• Auteur / Autrice : Mathieu Cormier
• Direction : Jacques Ferré, Alexandra Mougin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aimantation

Nanostructures

Mots clés libres

Parois de domaines magnétiques

Films ultraminces

Anisotropie perpendiculaire

Electronique de spin

Résumé

La paroi de domaine magnétique est un concept essentiel à la compréhension du renversement d'aimantation dans un film ou une nanostructure magnétique, et peut être mise en jeu dans les processus d’écriture et de transmission d’une information dans un nano-dispositif. Théoriquement, nous avons mis en évidence, dans une nanostructure magnétique sans défauts, des effets de confinement sur la propagation d'une paroi sous champ magnétique et/ou sous courant polarisé en spin. Ceci a été illustré par l'étude, par microscopie magnéto-optique, de la propagation de paroi dans des films ultraminces Pt/Co/Pt à anisotropie perpendiculaire. Dans ces films, nous avons réalisé des nano-pistes lithographiées et irradiées à très faible dose par des ions hélium. Ces dispositifs se sont révélés être des systèmes modèles, idéaux pour étudier la propagation de paroi sous champ, et nous ont paru prometteurs pour l'étude de la propagation induite par transfert de spin. Pourtant, pour toute la gamme des impulsions de courant injectées dans ces pistes, aucun des effets de propagation observés expérimentalement n’a pu être attribué au transfert de spin. Au vu de l’évaluation quantitative du courant et de sa polarisation dans la couche de cobalt, ceci est justifié par un rapport défavorable entre l’échauffement par effet Joule et le transfert de spin. Nous avons également construit un magnétomètre Kerr polaire à haute résolution, utilisant un faisceau laser hautement focalisé, dont la résolution, la stabilité et la sensibilité exceptionnelles sont bien adaptées à l'étude de nanostructures magnétiques ultraminces à anisotropie perpendiculaire, et ce jusqu'à des dimensions largement sub-microniques.

The magnetic domain wall is an essential concept for understanding magnetization reversal in a magnetic film or nanostructure, and can be involved in writing and transmitting information in a nano-device. It was shown theoretically that, in a defect-free magnetic nanostructure, confinement can strongly affect domain wall propagation under a magnetic field and/or a spin-polarized current. This was illustrated by a magneto-optical microscopy study of domain wall propagation in ultrathin Pt/Co/Pt films with perpendicular anisotropy. In these films, nano-tracks were patterned and irradiated at a very low dose with helium ions. These devices were shown to be model systems, ideal for the study of domain wall propagation under field, and appeared as promising systems for studying spin-transfer-induced propagation. However, for the whole range of the current pulses that we injected into these tracks, none of the experimentally observed propagation effects could be ascribed to spin transfer. Following a quantitative evaluation of the current and its polarization in the cobalt layer, this was attributed to an unfavorable balance between Joule heating and spin transfer. We also built a high resolution polar Kerr magnetometer which uses a highly focused laser beam. Its outstanding resolution, stability and sensitivity are well-adapted for the study of ultrathin magnetic nanostructures with perpendicular anisotropy, down to sub-micron scales.