Thèse soutenue

Microscopie magnétique locale par intégration de nanocapteurs magnétorésistifs
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Auteur / Autrice : Julien Moulin
Direction : Myriam Pannetier-Lecœur
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 25/09/2020
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Service de physique de l'état condensé (Gif-sur-Yvette, Essonne) - Département Imagerie et Simulation pour le Contrôle (Saclay)
référent : Faculté des sciences d'Orsay
Jury : Président / Présidente : Vincent Cros
Examinateurs / Examinatrices : Thomas Hauet, Olivier Klein, Nicolas Vukadinovic, Gaël Sebald, Aurélie Solignac, Natalia Sergeeva-Chollet
Rapporteurs / Rapporteuses : Thomas Hauet, Olivier Klein

Résumé

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La microscopie à sonde locale magnétorésistive repose sur la fabrication et l’utilisation de micro-bras de levier flexibles intégrant un ou plusieurs capteurs basés sur les technologies de magnétorésistance géante (GMR) ou tunnel (TMR). Ces sondes, dont le capteur peut atteindre une taille caractéristique typique inférieure à 1 µm, permettent de mesurer l’information topographique d’un échantillon ainsi que son information magnétique simultanément et de manière décorrélée. La mesure ainsi obtenue par le capteur GMR est sensible (limite de détection de l’ordre de 1 nT), quantitative, large bande (DC-100 MHz), robuste dans le temps et ne nécessite pas de recalibration ou de ré-aimantation régulière de la sonde. Les axes d’étude principaux de cette thèse portent sur le développement et l’intégration sur des micro-bras de leviers en nitrure de silicium de nanocapteurs magnétorésistifs. Ils visent à améliorer la résolution spatiale, tout en gagnant en linéarité de la réponse magnétique et en réduisant le bruit de mesure d’origine magnétique. Des stratégies de piégeage ont été utilisées pour stabiliser le bruit dans les GMR, améliorant typiquement la limite de détection et la répétabilité d’un ordre de grandeur. Des capteurs de taille caractéristique jusqu’à la centaine de nanomètres ont été fabriqués en se basant sur des empilements GMR dédiés et à l’état de l’art. L’implémentation des pointes GMR fabriquées sur un dispositif de microscopie à force atomique (AFM) ont permis de tester leur efficacité et leur fiabilité, posant ainsi les bases d’une méthode innovante d’imagerie magnétique locale, basée sur la mesure de susceptibilité magnétique.