Dynamique stochastique des parois de domaine dans les couches minces magnétiques à anisotropie perpendiculaire sous courant polarisé en spin

Stochastic dynamics of domain walls in magnetic thin films with perpendicular anisotropy under spin-polarized currents

• Auteur / Autrice : Capucine Burrowes
• Direction : Dafiné Ravelosona
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2009
• 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

Anisotropie

Spin

Films magnétiques

Résumé

Nous avons étudié expérimentalement le rôle du transfert de spin sur la dynamique stochastique des parois en utilisant des mesures de magnétorésistance géante, une technique permettant d’avoir de bonnes résolutions spatiale et temporelle sur le mouvement de paroi. Nous avons réalisé (par lithographie) des sites de piégeage constrictifs de géométries contrôlées, permettant d’obtenir des mécanismes simples de dépiégeage de paroi pouvant être décrits par une loi de Neel-Brown. La paroi correspondra alors à une particule ponctuelle franchissant une barrière d’énergie unique avec un taux de transition régi par une loi d’Arrhénius. Notre étude statistique nous a permis de proposer une forme analytique décrivant la barrière d’énergie vue par la paroi lorsque cette dernière est piégée au niveau de la constriction, et donnant notamment la dépendance de la hauteur de la barrière d’énergie avec le champ appliqué. En étudiant ensuite la statistique de dépiégeage sous champs pour des champs proches du champ de dépiégeage, nous avons pu quantifier l’effet du transfert de spin sur la barrière de potentiel induite artificiellement. Concernant les processus de dépiégeage à barrière unique, nous avons démontré qu’une loi d’Arrhenius resterait valide sous courant , et que la barrière d’énergie (effective) varierait linéairement avec le courant appliqué, le coefficient de proportionnalité dépendant uniquement de la composante non adiabatique du transfert de spin β. La théorie que nous avons développée permet d’appuyer cette dernière hypothèse. Nous trouvons à priori que la valeur du paramètre non adiabatique β est proche de celle du paramètre d’amortissement α.

The thesis describes a study of the stochastic dynamics of domain walls in thin magnetic CoNi films with perpendicular anisotropy. We have undertaken an experimental study of the role of spin transfer on the stochastic dynamics of domain walls using giant magnetoresistance measurements, which allow wall motion along a stripe to be time-and spatially-resoved over distances of a few tens of microns. We have fabricated lithographically defined pinning sites, with well-controlled geometries, which lead to simple depinning processes for the domain wall trapped at these sites. In most cases, these depinning processes involve single energy barriers and can be described using the Neel-Brown theory of thermal activation, with a transition rate governed by an Arrhenius law. By studying the statistics of thermally activated wall depinning, we have been able to ascertain the form of the potential well seen by the domain wall and determine quantitatively the field dependence of the energy barrier. Under applied currents, and for applied fields close to the depinning field, we have obtained a quantitative measure of spin-transfer from variations of the transition rates. For processes involving a single energy barrier, we show that an Arrhenius law remains valid under currents, but with an effective energy barrier that varies linearly with the applied current and a pre-factor that depends only on the non-adiabatic component of spin transfer. We find a value of the non-adiabatic parameter β that is close to the damping constant α.