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Accueil > Équipes > FINANO > Thématiques > OR2 : Magnétisme de nanostructures > Description

OR magnétisme_descriptif

par Damien Faurie - publié le

Divers systèmes susceptibles d’être d’excellents candidats pour des applications en électronique de spin ont été étudiés tels que : les films ultraminces à forte aimantation perpendiculaire (PMA), les alliages Heuslers (demi-métaux présentant une forte polarisation en spin au niveau de Fermi et une faible constante d’amortissement de Gilbert), ou encore des systèmes nanométriques de rapport d’aspect élevé et à forte anisotropie comme les réseaux de nanofils ferromagnétiques dans des matrices oxydes, ou les systèmes hybrides nanotubes de carbone/ferromagnétique en collaboration avec l’équipe PEMA. A titre d’exemples, nous avons, mis en évidence, en fonction de la température de dépôt, des modes propres magnétiques associées à des zones magnétiques faciles et difficiles dans des couches ultraminces CoPt à forte PMA ; nous nous sommes intéressés aux propriétés magnétiques statiques et dynamiques d’alliages Heusler Co2FeAl (Thèse Tuzcuoglu 2011-2014) et à leur corrélation à la structure cristallographique via l’étude du comportement des anisotropies magnétiques et des mécanismes physiques impliqués dans le phénomène de relaxation de l’aimantation (PRB 2013) ; analysé l’effet du substrat (JAP 2014), de la température de recuit (PRB 2016), de la couche de protection (JAP 2015), où nous avons montré que ces alliages présentent un très faible coefficient d’amortissement pour des températures de recuit élevées ; étudié les effets de confinement des ondes de spin dans des réseaux de lignes CFA submicrométriques (JMMM 2016). Des propriétés magnéto-optiques inhabituelles ont été mises en évidence dans nanofils Co ultraminces dans une matrice cérine (PRB 2015) et leur comportement statique et dynamique analysé (JAP 2015), de même que des modes d’échange ont été observés et analysés dans des nanofils Co dans une matrice alumine (IEEE T.M. 2015). L’importance de la prise en compte de l’échelle d’investigation, locale ou macroscopique, dans l’analyse des propriétés magnétiques statiques a été pointée dans des systèmes « ultimes » hybrides nanofils de Co-Pd encapsulés dans des nanotubes de carbone (JSEMAT 2017). Enfin nous avons initié (JPD 2017) une activité autour du pompage de spin visant à évaluer la conductivité par mixage de spin et la longueur de diffusion de spin dans les systèmes ferromagnétique/métal non magnétique à fort couplage spin orbite (FM/HM).

Ces deux dernières années, une forte activité a été dévolue à l’étude de l’interaction Dzyaloshinskii-Moriya d’interface (iDMI). Cette interaction représente la partie antisymétrique de l’interaction d’échange entre spins et est actuellement un sujet majeur relatif au nano-magnétisme. Elle résulte de la brisure de la symétrie au niveau des interfaces généralement dans un système FM/HM. La présence d’une iDMI peut conduire à l’apparition de configurations magnétiques particulières telles que les skyrmions (très fort potentiel applicatif prédit pour les mémoires magnétiques à accès aléatoire), induire un changement de la nature de parois magnétiques ou augmenter significativement leur vitesse de propagation. Enfin, elle peut provoquer une asymétrie de propagation des ondes de spin (figure ci-dessous) ; deux ondes de spin se propageant dans deux directions opposées n’auront pas la même vitesse (fréquence). L’effet iDMI peut être détecté par plusieurs techniques expérimentales telles que l’imagerie magnétique à travers l’observation de parois de domaines et la mesure de leur vitesse de propagation. Toutefois la quantification de l’effet demeure indirecte. L’apport de la spectroscopie Brillouin est à ce titre capital car permettant une mesure directe de cet effet. De nombreuses collaborations nationales (LPS Orsay (via le projet Bidul 2017), Thales-CNRS, C2N Orsay, SPINTEC et Institut Néel, Grenoble) et internationales (Roumanie, Singapour (projet IMANSA 2016), Royaume-Uni) ont été activées. A titre d’exemples, nous avons : distingué soigneusement la contribution de la DMI de l’anisotropie de surface conventionnelle dans des films ultraminces Py/Pt (PRB 2015) ; quantifié et précisé le signe de la constante DMI dans des films à aimantation perpendiculaire Pt/Co/AlOx, (PRB(R) 2015) ou dans des alliages Heusler (PRB 2017, IEEE T.M. 2017) ; contribué à expliquer dans des nanostructures Pt/Co/MgO la structure chirale interne de type Néel de skyrmions magnétiques stables à température ambiante (Nature Nanotech. 2016) ; contribué à l’étude de leur comportement sous courant dans des systèmes bicouches (Nature Comm. 2017) ; ou encore étudié la dépendance de la DMI en fonction de l’épaisseur du ferromagnétique CoFe (PRB 2016, voir figure ci-dessous). Des études ayant mis en évidence une DMI anisotrope dans le système épitaxié Au/Co/W ou la corrélation entre DMI et effets de proximité magnétique ont été finalisées.

L’ensemble de nos activités nous a permis de consolider d’anciennes collaborations et d’en nouer de nouvelles au sein du laboratoire ainsi qu’aux échelles nationale et internationale. Notre visibilité s’est ainsi accrue de manière notable durant ce dernier quinquennat.