Magnétisme des couches de cobalt
B. MAGNETISME MACROSCOPIQUE DES COUCHES DE COBALT
1.3. Constante d’échange
0 =( − ) . Pour des températures supérieures à 100°K, ∆K1KME
( )
0 est une fonction linéaire de la température. Cette dépendance s’explique par la loi de variation linéaire des paramètres de maille du cobalt et du ruthénium près de la température ambiante. Pour des températures inférieures à 50°K, ∆K1KME( )
0 est constante car les paramètres de maille n’évoluent plus avec la température. Les lois de variation de ∆K1 pour les forte et faible valeurs de température renforcent l’hypothèse de son origine magnétoélastique.1.3. Constante d’échange
Dans le cadre de cette thèse, nous n’avons pas fait de mesure expérimentale de la constante d’échange du matériau, A. Dans les simulations utilisant les modèles de structures en domaines, sa valeur a été choisie parmi celles qui sont données dans la littérature et fixée à A=10-6 erg/cm [Tan 61].
Nous avons d’abord choisi d’étudier la réorientation de la direction d’aimantation lorsque l’épaisseur augmente de 10 à 50 nm. L’ensemble des résultats est rassemblé sur la figure 5.7 où, pour chaque épaisseur, nous avons représenté la structure en domaine « schématique », les images MFM de surface égale à 3 µm × 3 µm et les courbes d’aimantation pour des champs appliqués dans le plan et perpendiculairement au plan de la couche.
Regardons tout d’abord les courbes d’aimantation obtenues pour l’échantillon le plus fin (figure 5.7a). Lorsque le champ est appliqué perpendiculairement à la couche, la variation de l’aimantation est caractéristique d’une rotation cohérente telle qu’elle a pu être décrite par Stoner et Wohlfarth (Annexe B). L’axe de croissance est donc un axe difficile et le film présente une aimantation planaire. Pour un champ appliqué dans le plan de la couche, le cycle d’aimantation est caractéristique d’une aimantation planaire avec un champ coercitif égal à 10 Oe. L’interprétation de l’image MFM n’est pas facile car la structure en domaine n’est pas bien définie. Nous voyons apparaître de forts contrastes liés à la présence de parois ainsi qu’une échelle de niveaux de gris qui peut provenir d’une réorientation partielle de l’aimantation planaire vers la direction de croissance sous l’effet de la pointe. Ces effets sont induits par le champ de fuite de la pointe et leur explications peut être trouvées dans la théorie du contraste en MFM développée dans l’équipe de J. Miltat. Cependant, la taille des domaines peut être estimée à 1 µm qui est la distance entre les plus forts contrastes premiers voisins.
Lorsque l’épaisseur de la couche est égale à 50 nm, la courbe d’aimantation perpendiculaire est caractéristique d’une structure en domaines à aimantation perpendiculaire telle qu’elle a pu être décrite par Kooy et Enz (Annexe B). La direction de l’aimantation est parallèle à l’axe de croissance au centre de chaque domaine et son orientation est alternativement positive et négative de domaine à domaine. La courbe d’aimantation planaire est caractéristique d’une rotation cohérente vers un axe difficile et présente une forte contribution de la seconde constante d’anisotropie et de la structure en domaines. L’image MFM obtenue après désaimantation planaire présente des bandes orientées dans la direction du champ appliqué avant la mesure. Etant donné que pour toutes les couches d’épaisseur supérieure à 50 nm nous retrouvons ce type de courbe d’aimantation et d’image MFM, nous avons décidé de rassembler les explications des processus physiques à l’origine de ces formes particulières de courbe d’aimantation dans le paragraphe B.3 et les interprétations des signaux MFM dans le paragraphe C.1.
La couche d’épaisseur égale à 25 nm présente un régime intermédiaire. En effet, comme nous pouvons le voir par rapport à la couche de 10 nm d’épaisseur, un hystérésis apparaît dans la courbe d’aimantation perpendiculaire pour des champs compris entre -4 et 4 kOe. De plus, la structure en domaines est constituée de bandes dont le contraste MFM est plus faible que celui des bandes de la
couche de 50 nm d’épaisseur alors que les signaux ont été mesurés dans les mêmes conditions expérimentales. La diminution du contraste est liée à la conservation d’une composante d’aimantation majoritairement planaire. Ces résultats sont similaires à ceux obtenus pour une couche de cobalt de 40 nm d’épaisseur [Don 95] où la présence d’une structure en domaine « weak stripe » a été mise en évidence par microscopie Lorentz. Nous pensons donc que pour une épaisseur de 25 nm, la structure en domaine est de type « weak stripe » même si l’épaisseur à laquelle elle est stable n’est pas la même que celle reportée dans [Don 95]. En fait, l’épaisseur critique h1 d’apparition de cette structure dépend de l’aimantation à saturation et de la constante d’anisotropie du matériau comme cela a été montré par Saito dans l’équation (5.1). Sa valeur est estimée à 20 nm dans notre étude alors qu’elle est égale à 36 nm en utilisant les paramètres donnés dans [Don 95].
3. D
E50
A500
NM:
STRUCTURE EN DOMAINE A AIMANTATION PERPENDICULAIREDans cette gamme d’épaisseur, la forme des courbes d’aimantation est indépendante de l’épaisseur du film magnétique comme nous pouvons le constater sur la figure 5.8. C’est pourquoi, nous allons nous focaliser sur l’échantillon de 150 nm d’épaisseur sachant que les explications qui vont être données sont valables pour toutes les autres épaisseurs. Cependant, les champs caractéristiques des courbes d’aimantation varient avec l’épaisseur du film et leurs variations peuvent être reproduites à partir de modèles développés pour les matériaux à bulles.
3.1. Variation de l’aimantation avec le champ appliqué perpendiculairement à la couche