Dynamique des parois de domaines dans des structures à base de films ferromagnétiques ultraminces : désordre, couplage et piégeage périodique

Domain wall dynamics in ultrathin ferromagnetic film structures : disorder, coupling and periodic pinning

• Auteur / Autrice : Peter John Metaxas
• Direction : Jacques Ferré, Robert Stamps
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 11 en cotutelle avec Perth, University of Western Australia
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Anisotropie

Films magnétiques

Domaines magnétiques

Résumé

La propagation sous champ de parois de domaines magnétiques a été étudiée dans des mono- et multicouches Co/Pt à anisotropie perpendiculaire. La mesure de la dynamique de paroi dans 4 films ultraminces Pt/Co(0. 5-0. 8 nm)/Pt a permis d’identifier directement les régimes de creep (reptation), visqueux et de dépiégeage thermiquement activé. Le régime visqueux à haut champ est cohérent avec une propagation précessionnelle. Les régimes de creep sous faible champ et de dépiégeage à haute vitesse ont aussi été mis en évidence dans un film Pt/Co/AlOx. La dynamique de paroi a aussi été étudiée dans 3 multicouches continues Pt/Co(0. 5 nm)/Pt(2-4 nm)/Co(0. 8 nm)/Pt comprenant 2 couches couplées de Co, dure et douce. Via des champs effectifs, le couplage favorise la propagation et, s’il est ferromagnétique, donne lieu à des parois dynamiquement liées. Un régime lié de creep a été identifié, pour lequel un modèle 1D a été proposé. Les champs de fuite générés par les parois permettent de les aligner dans les deux couches à la rémanence, mais ne jouent aucun rôle pendant le déplacement. Enfin, le champ de fuite induit par des réseaux carrés de nanoplots multicouches ferromagnétiques a permis de générer un potentiel de piégeage périodique pour des parois se propageant dans un film continu sous-jacent. L’effet de piégeage de paroi par le potentiel lié au champ de fuite est cohérent avec celui d'un champ uniforme freinant le déplacement de paroi, qui dépend des dimensions et de l'aimantation des réseaux. La propagation est sinon typique du creep. Un modèle de piégeage fort est proposé. Des analogies avec d’autres systèmes magnétiques mettant en jeu un champ aléatoire sont identifiées.

The field-driven motion of magnetic domain walls was studied in single and multilayer Co/Pt structures with perpendicular anisotropy. Measurements of wall dynamics in four ultrathin Pt/Co(0. 5-0. 8nm)/Pt films allowed for the direct identification of the creep, flow and thermally rounded depinning regimes. The high field flow regime was found to be consistent with precessional wall motion. Low field creep and high speed depinning-like regimes were also observed in a Pt/Co/AlOx film. Wall dynamics were measured also in three continuous Pt/Co(0. 5nm)/Pt(2-4nm)/Co(0. 8nm)/Pt multilayers containing coupled hard and soft Co layers. Via effective fields, the coupling was found to drive wall motion and, for ferromagnetic coupling, give rise to dynamically bound wall states. Low field bound creep was observed and a 1D model for bound motion proposed. Domain wall induced stray fields were shown to align walls in the two layers at remanence but played no detectable role during motion. The stray field generated by square arrays of multilayer ferromagnetic nanodots was then used to generate a periodic pinning potential for walls moving in an underlying continuous layer. Localised wall pinning was evidenced. The pinning effect of the stray field potential was found to be consistent with a uniform retarding field dependent on the array dimensions and magnetisation. Motion was otherwise consistent with creep. A strong pinning model was used to yield an estimate for these retarding fields. Similarities with other magnetic systems containing random fields were identified.