Bicouches à anisotropie d'échange : étude par simulations numériques de l'influence de la microstructure et des interfaces

Exchanged biased bilayers : study of the influence of the microstructure and interfaces by numerical simulations

• Auteur / Autrice : Grégoire Lhoutellier
• Direction : Denis Ledue
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Rouen
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences physiques mathématiques et de l'information pour l'ingénieur (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime....-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de physique des matériaux (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime1996-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diffusion (physique)

Films magnétiques

Hystérésis, Cycle d'

Température de transition

Rugosité

Simulation par ordinateur

Monte-Carlo, Méthode de

Anisotropie

Mots clés libres

Distribution de température de blocage

Superparamagnétisme

Anisotropie d'échange

Résumé

Cette thèse est consacrée à l’étude par simulations numériques des propriétés d’anisotropie d’échange dans les bicouches ferromagnétique (FM)/antiferromagnétique (AFM). L’anisotropie d’échange dépend, entre autres, de la qualité de l’interface FM/AFM. En particulier, la présence de « régions » où les moments magnétiques sont désordonnés contribue à l’altération des propriétés d’anisotropie d’échange. Cette qualité d’interface peut être étudiée par des mesures de distributions de température de blocage (DTB), TB étant définie comme la température au-delà de laquelle l’entité AFM n’est plus bloquée mais est entrainée en partie par le retournement de la couche FM. Les DTB observées expérimentalement, présentent deux contributions : le pic usuel à haute température dû à la distribution en volume des grains AFM et un pic à basse température attribué à des régions où les moments magnétiques sont désordonnés à l’interface. Dans le but de vérifier cette hypothèse, nous avons tout d’abord réalisé des simulations Monte Carlo basées sur un modèle granulaire comprenant des grains plus petits à l’interface FM/AFM avec une anisotropie et des couplages plus faibles représentant les régions où les moments magnétiques sont désordonnés à l’interface. Ainsi, nous avons reproduit le caractère bimodal des DTB et montré qu’en faisant varier le pourcentage de ces petits grains désordonnés, la contribution à basse température de la distribution était modifiée. Dans un second temps, nous avons considéré une bicouche FM/AFM au niveau atomique. La conclusion principale qui en ressort est que la diffusion à l’interface conduit à une forte diminution du champ d’échange.

This thesis is dedicated to the study of exchange bias properties in ferromagnetic (FM)/antiferromagnetic (AFM) bilayers by numerical simulations. Exchange bias depends, among other things, of the quality of the FM/AFM interface. In particular, the presence of « regions » where the magnetic moments are disordered contributes to the alteration of exchange bias properties. This interface quality can be studied by blocking temperature distribution (DTB) measurements, TB is defined as the temperature above which the AFM entity is no more pinned but is driven in part by the FM layer reversal. The DTB earlier observed experimentally show two contributions: the common high-temperature peak due to the AFM grain volume distribution and a low-temperature contribution presumably attributed to disordered interfacial magnetic moments. In order to test this assumption, we first realized Monte Carlo simulations based on a granular level model including smaller grains at the FM/AFM interface with weaker anisotropy and interfacial coupling modelling regions where magnetic moments are disordered. As a result, the bimodal character of DTB is reproduced and varying the amount of these smaller magnetic grains tunes the low-temperature contribution of the distribution. Secondly, we considered a FM/AFM bilayer at the atomic level. The main conclusion that emerges is that the diffusion at the interface leads to an important decrease of the exchange field.