Renversement d'aimantation par action d'un courant polarisé en spin
J.P. Attané, C. Beigné, A. Marty, A. Mihai, J.-C. Pillet, Y. Samson, L. Vila, P. Warin

Images de microscopie en champ proche de la surface d’un échantillon de FePt/Pt. Les discontinuités topographiques observées sur l’image A.F.M. correspondent à l’émergence en surface d’un réseau quasi-périodique carré de défauts structuraux appelés micromacles. L’image M.F.M. révèle que les parois (interfaces séparant les deux domaines) sont piégées sur ce réseau de défauts.

Nous étudions le retournement d'aimantation, le nanomagnétisme et les propriétés en électronique de spin ou spintronique de couches minces d'alliages magnétiques épitaxiées présentant une forte anisotropie magnétique perpendiculaire. Dans ces matériaux, les parois magnétiques sont étroites et les effets magnéto-électroniques attendus d'autant plus forts. Le piégeage de paroi sur les défauts structuraux de ces couches minces epitaxiées controlent fortement le retournement d'aimantation. En effet, le dépiégeage de paroi à partir d’un défaut unique génère des effets stochastiques équivalents à ceux d’une particule sortant d’un puit de potentiel (loi de probabilité exponentielle...).

Nous étudions actuellement la propagation de parois sous l'application d'un champ magnétique ainsi que la possibilité de dépiéger la paroi dans une piste nanométrique par l’injection d’un courant polarisé en spin. Cette nouvelle approche permet de retourner une aimantation non plus par l'action d'un champ magnétique exterieur mais par l'action direct d'un courant, avec une application importante dans les futurs mémoires magnétiques de type MRAM.

 

(a) Image MEB d’une nanostructure obtenue à partir d’un film mince de FePt et destinée à l’étude de la propagation de parois via les 3 croix de Hall. (b) Cycle d’hystérésis obtenu par mesure de l’Effet Hall Extraordinaire. Les paliers observés correspondent à des sauts de Barkhausen, c’est-à-dire aux sauts élémentaires de la paroi d’un défaut à l’autre.

Des études multi-paramètriques (température, champ, géométrie, caractéristiques des défauts etc.) sont en cours pour mieux comprendre et controler le retournement d'aimantation dans ces systèmes, en particulier par action du couple de spin sur une paroi de domaine. Il est possible d’utiliser des dispositifs nano-lithographiés pour isoler une paroi unique. Le mouvement de la paroi dans ces structures peut être mesuré à travers des variations d’effet Hall extraordinaire et de magnéto-résistance.

 

Géométries fractales de domaines et percolation Le mouvement de la paroi dans nos échantillons s’apparente à un mécanisme de percolation par invasion sans piégeage: le domaine renversé (en noir) possède la géométrie fractale d’un amas percolant au voisinage du seuil de percolation, avec une dimension fractale égale à 1,896.

Notre équipe travaille également sur les mécanismes de propagation dans des couches continues. Les parois magnétiques se révèlent être un système modèle d’interface élastique se propageant dans un milieu désordonné. Nous avons notament montré que le début du renversement d’aimantation dans nos systèmes correspond à un phénomène critique : la croissance du domaine renversé s’apparente à un mécanisme de percolation par invasion sans piégeage. La géométrie résultant de ce mécanisme est fractale, sa dimension dépend des exposants critiques universels associés à la percolation, donc indépendante de la nature des défauts piégeant.

 

 


Références :

 

“Thermally activated depinning of a narrow domain wall from a single defect”
J.P. Attane, D. Ravelosona, A. Marty, Y. Samson, C. Chappert
Physical Review Letters 96, 147204 (2006)

« Magnetic domain wall propagation unto the percolation threshold across a pseudo rectangular disordered lattice” J.P. Attané, Y. Samson, A. Marty, J.C. Toussaint, G. Dubois, A. Mougin, J.P. Jamet
Physical Review Letters 93, 257203 (2004)

« Individual domain wall resistance as a probe of magnetization reversal in submicron ferromagnétic structures »
R. Danneau, P. Warin, J. P. Attané, I. Petej, C. Beigné, C. Fermon, O. Klein, A. Marty, F. Ott, Y. Samson, M. Viret
Physical Review Letters 88, 157201 (2002)

“Domain wall pinning on strain relaxation defects in FePt(001)/Pt thin films”
J.P. Attane, Y. Samson, A. Marty, D. Halley, C. Beigné
Applied Physics Letters 79, 794 (2001)

Collaborateurs:
D. Ravesolona (IEF, Orsay), S. Mangin (LPS, Nancy), L. Buda (Spintec, CEA-Grenoble)

 

Maj : 17/10/2013 (420)

 

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