2. 9. Influence de la forme de l'objet

Depuis la fabrication des premiers objets nanostructurés [Hehn Science 96, Miramond JMMM 97] une large variété des formes a été explorée [Cowburn JAD 00] afin de trouver leur influence sur les propriétés magnétiques de l'objet. De ce point de vue, le passage d'un plot circulaire vers un anneau est tout à fait naturel [Zhu JAP 00, Li PRL 01, Rothman PRL 01]. Dans ce paragraphe, nous examinons les modifications induites sur l'énergétique d'un élément circulaire lorsque la partie centrale du plot cylindrique est découpée.

Les calculs ont été faits en supposant que le plot et l'anneau ont une anisotropie magnétocristalline négligeable (Ku ≅0) comme c'est le cas expérimentalement [Li PRL 01].

Leur épaisseur a été fixée à 5 nm. Le diamètre interne de l'anneau φ_int a été choisi d'être plus large que le cœur du vortex φ_int =50nm(figure IV-25). Pour l'anneau, à champ nul deux états magnétiques stables ont été identifiés: l'état monodomaine (MD) appelé 'onion state' par Rothman [Rothman PRL 01] et l'état de fermeture du flux (FF).

• Les états monodomaine du plot et de l'anneau ont de distributions internes de l'aimantation très similaires. De plus, dans l'anneau pour l'état MD il y a des charges magnétiques de surfaces supplémentaires sur la surface interne, qui augmente légèrement son énergie par rapport à l'état MD du plot.

• L'état de fermeture du flux est l'équivalent de l'état vortex dans des plots complets après l'élimination du cœur du vortex. En supprimant le vortex, l'énergie d'échange est pratiquement à son minimum. La circulation de l'aimantation ferme le flux magnétique d'une manière presque complète à l'intérieur d'anneau en réduisant ainsi les effets magnétostatiques. Ces deux facteurs font de l'état de fermeture du flux (FF) l'état le plus favorable énergiquement. L'état monodomaine quant à lui, il reste toujours un minimum local de l'énergie libre (figure IV-25(b)).

Figure IV-25: Evolution de l'énergie totale de l'état monodomaine planaire MD et de fermeture du flux (FF or

V): (a) d'un plot circulaire et (b) d'un anneau. L'épaisseur des objets est de 5 nm et les paramètres: m

A

Figure IV-26: Relaxation de l'anneau de l'état monodomaine planaire vers l'état de fermeture du flux induite par

la pointe MFM. (Echantillons fournis par S. Li L2M Bagneux)

Les études de microscopie à force magnétique menées sur les anneaux de Co polycristallin ont prouvé la métastabilité de l'état MD. En champ nul facilement l'anneau passe d'un état MD vers l'état de fermeture du flux (figure IV-26). C'est sur cette grande stabilité et simplicité (structure sans vortex) que se concentre l'utilisation potentielle des anneaux dans le domaine de MRAM proposé par Zhu et al. [Zhu JAP 00].

Le prolongement logique de nos études sur la forme de l'objet et ses implications sur le comportement magnétique de l'objet, est focalisé par la suite sur le cas de fils obtenus lorsque les plots sont extrêmement épais et étroits.

IV. 3. Fils nanométriques

Depuis les premières mesures expérimentales qui ont indiqué l'existence d'une résistance associée aux parois de domaine [Hong PRB 95, Gregg PRL 96], le sujet lié à la résistance d'une paroi suscite un vif intérêt. Malgré la multitude de systèmes ferromagnétiques dédiés à ces étudiés: de couches minces [Gregg PRL 96, Viret PRB 96], de fils lithographies [Kent JP 01, Kim JMMM 98, Hong PRB 95] et de fils électrodeposés [Ebels PRL 00, Wegrowe PRL 99], la réponse à la question : Quelle est la résistance de la paroi? divise encore la communauté scientifique [Šimánek PRB 01]. La grande complexité de ce problème réside dans la difficulté de séparer la contribution intrinsèque de la paroi d'autres effets caractéristiques aux matériaux ferromagnétiques (la magnétorésistance anisotrope et la magnétorésistance de Lorentz).

Le modèle théorique proposé par Levy [Levy PRL 97] pour expliquer le mécanisme magnétorésistif d'une paroi, repose sur l'analogie entre la structure d'une paroi de Bloch qui sépare deux domaines antiparallèles et une structure de type CPP-GMR. Cependant, la structure interne des parois dans de systèmes à taille latérale réduite, s'éloigne de la structure idéale de la paroi de Bloch (chapitre III). A l'intérieur de parois, l'orientation de l'aimantation peut varier d'une direction parallèle à une direction perpendiculaire par rapport à la direction du courant, ce qui implique un effet de type AMR dû à la paroi. Expérimentalement pour enlever cette contribution AMR du signal global de la paroi il faudrait faire de mesures magnétoresistives selon toutes les directions de l'espace. Cela est difficilement réalisable, en pratique, pour des structures ferromagnétiques. Pourtant connaissant les détails fins de la structure magnétique des parois une séparation du signal CPP-GMR des autres contributions magnétoresistives est envisageable [Viret PRL 00]. En conclusion, un de facteur majeur impliqué dans le mécanisme de résistance de la paroi est sa structure interne et c'est pour cette raison que nous nous sommes intéressés à l'analyser à l'aide du micromagnétisme numérique pour le cas précis des fils de cobalt.

Dans le chapitre III, nous avons montré la forte dépendance de la distribution interne de l'aimantation des parois dans les couches minces, en fonction de paramètres tels que l'orientation de l'axe d'anisotropie magnétocristalline, l'épaisseur de la couche et le champ externe appliqué. En passant à une géométrie filiforme, la réduction de la taille latérale implique des effets magnétostatiques de plus en plus prononcés qui sont à l'origine des nouvelles modifications dans la configuration micromagnétique des parois. A travers les sections qui suivent, la structure magnétique des parois dans des fils à section rectangulaire

est analysée en fonction de l'orientation relative de l'axe d'anisotropie magnétocristalline et de l'axe du fil. Deux types de fils de cobalt ont été étudiés. Premièrement les fils qui ont l'axe d'anisotropie magnétocristalline parallèle avec l'axe du fil (K_u //) sont présentés. Dans la deuxième partie nous regardons de près quelles sont les modifications induites lorsque l'axe d'anisotropie devient perpendiculaire à l'axe du fil (Ku⊥).