Description du montage exp´erimental

Dans cette sous-section, une description compl`ete de toutes les composantes du spec- trom`etre de r´esonance ferromagn´etique est pr´esent´ee ainsi que la fonction associ´ee `a chaque

Figure _{4.1 Pr´ecession d’un macrospin autour du champ magn´etique H0 caus´ee par la pr´e-} sence d’un champ magn´etique alternatif.

composante. Le spectrom`etre de r´esonance ferromagn´etique a ´et´e mis en place et impl´ement´e principalement par l’auteur avec la participation d’Alexandre Ouimet (´etudiant `a la maˆıtrise, 2004-2007), Jiri Cerny (associ´e de recherche) et Jean-Claude Junot (technicien, maintenant retrait´e). Le sch´ema de la fig. 4.2 repr´esente le montage tel qu’il est pr´esentement. Ci-dessous, une description de chaque composante du spectrom`etre FMR apparaissant dans la fig. 4.2 est pr´esent´ee.

Analyseur de r´eseau vectoriel

L’analyseur de r´eseau vectoriel (Vector network analyzer, VNA) qui a ´et´e utilis´e est le mod`ele 2-Port PNA-L 5230A 10 MHz - 40 GHz de la compagnie Agilent. Sa fonction dans le montage FMR est de g´en´erer et d´etecter le signal ´electromagn´etique.

Gaussm`etre

Le gaussm`etre utilis´e est le mod`ele 9000 series de la compagnie F.W. Bell. Sa fonction est de mesurer le champ magn´etique statique H0 produit par l’´electroaimant. Le champ

magn´etique est mesur´e `a l’aide d’une sonde `a effet Hall. ´

Electroaimant

L’´electroaimant est constitu´e de quatre parties : le chˆassis, les bobines, la source d’ali- mentation et la boˆıte de contrˆole. L’´electroaimant permet d’obtenir un champ magn´etique entre 0 et 2 T (20 kOe). La boˆıte de contrˆole permet d’ajuster le champ magn´etique `a l’aide de boutons ou `a l’aide d’une tension entre 0 et 10 V.

Cavit´es r´esonantes

Figure _{4.2 Repr´esentation sch´ematique du spectrom`etre FMR.}

pour favoriser l’excitation du mode TE011. Cinq cavit´es r´esonantes (9, 17, 24, 31 et 38 GHz) ont ´et´e con¸cues par A. Ouimet et fabriqu´ees par J.-C. Junot `a l’´Ecole Polytechnique de Montr´eal. Le mat´eriel utilis´e pour fabriquer les cavit´es est du laiton dont la composi- tion exacte est inconnue. Les cavit´es ont ´et´e recouvertes d’un revˆetement d’argent d’une ´epaisseur de 5 microm`etres puis d’un revˆetement d’or de 0.5 microm`etre par ´electroplacage. L’´electroplacage a ´et´e effectu´e par l’entreprise T.Q.F. Technologies. L’argent et l’or sont uti- lis´es `a cause de leur grande conductivit´e (63 × 106 _{et 42.5 × 10}6 _{S/m respectivement), ce qui}

permet de minimiser les pertes de conduction dans la cavit´e. De plus, comme l’or ne s’oxyde pas, le revˆetement permet de conserver le facteur de qualit´e de la cavit´e (≈ 10 000 - 20 000) sur une longue p´eriode de temps sans entretien n´ecessaire.

Comme nous pouvons le voir `a la fig. 4.3, le champ magn´etique Hac est maximal au

centre de la cavit´e r´esonante. L’intensit´e de Hac est de l’ordre de quelques centi`emes de Oe.

L’´echantillon est donc plac´e `a cet endroit.

Figure _{4.3 Excitation du mode TE011 d’une cavit´e r´esonante cylindrique coupl´ee `a un} guide d’onde par un trou de couplage.

(ligne de transmission) s’effectue `a l’aide d’un trou circulaire dont le diam`etre a ´et´e ajust´e afin que le transfert de puissance entre la ligne de transmission et la cavit´e soit maximal (couplage critique). Un couplage par trou a ´et´e utilis´e car il a ´et´e d´emontr´e exp´erimentalement que le couplage `a l’aide d’un trou dans un mur de la cavit´e est beaucoup moins d´ependant de la temp´erature que le couplage `a l’aide d’une antenne faite `a partir d’un cˆable coaxial. [44] Notons que le mode TE011 est d´eg´en´er´e avec le mode TM111. Toutefois, `a l’endroit du trou de couplage, l’orientation des lignes de champs magn´etiques du guide d’onde par rapport `a la cavit´e permet seulement l’excitation du mode TE011. Une vis de couplage, qui est constitu´ee d’une vis de t´eflon au bout de la laquelle une rondelle de laiton est plac´ee, est utilis´ee pour ajuster le couplage entre la cavit´e et la ligne de transmission en obstruant partiellement le trou de couplage.

Porte-´echantillon

L’´echantillon est coll´e sur une tige de quartz `a l’aide d’un papier collant double-face. Deux types de tige sont utilis´es : des tiges cylindriques de 1 mm de diam`etre et des tiges demi-lune de 2 mm de diam`etre. Les tiges sont fabriqu´ees en quartz afin de minimiser les pertes micro-ondes caus´ees par la tige.

Syst`eme d’automatisation des mesures angulaires

`a l’ext´erieur du gap de l’´electroaimant, suffisamment loin pour que le gradient de champ magn´etique soit faible et n’affecte pas son bon fonctionnement. Un syst`eme de poulies et courroies est utilis´e pour relier le moteur au porte-´echantillon.

Syst`eme de contrˆole de la temp´erature

Une cellule `a effet Peltier aliment´ee par une source de courant continu est utilis´ee pour varier la temp´erature de la cavit´e (282 - 315 K). La temp´erature est mesur´ee `a l’aide d’un thermocouple coll´e sur la paroi ext´erieure de la cavit´e.

Contrˆole informatique

Un ordinateur contrˆole le syst`eme de mesure `a l’aide d’un logiciel programm´e en Lab- VIEW par l’auteur. Le logiciel communique avec l’analyseur de r´eseau et le gaussm`etre `a l’aide de la norme IEEE-488 (GPIB). Il contrˆole ´egalement l’intensit´e du champ magn´etique continu et le moteur pas-`a-pas `a l’aide d’une carte d’acquisition multifonctions. Ainsi, la s´equence de mesure est automatis´ee et permet `a l’utilisateur de sauver beaucoup de temps.