Tous les syst`emes pr´esent´es jusqu’`a maintenant ne prenaient pas en compte le substrat sur lequel est g´en´eralement d´epos´e la couche mince magn´etique. Nous allons donc pr´esenter quelques r´esultats sur des syst`emes aussi r´ealistes que pos-sible. Comme nous l’avons vu, d´eposer du cobalt sur du Pt fcc (111) ou Au fcc (111), modifie grandement la structure cristalline de ce dernier par des corrugations et d´eformations, montr´ees par la figure 3.1. Nous avons calcul´e la MCA de ces deux supercellules en fonction de la couche, avec cinq couches de cobalt d´epos´ees sur cinq couches d’or ou cinq couches de platine. Comme le montre la figure 3.11, nous pouvons noter deux points int´eressants.
Figure 3.11 – En haut, MCA de l’interface Au fcc (111)-Co hcp (0001). En bas, MCA de l’interface Pt fcc (111)-Co hcp (0001). Ces deux calculs ont ´et´e obtenus en consid´erant des supercellules d´efinies dans la section 3.1
Nous voyons tout d’abord que l’anisotropie magn´etique `a la surface libre de cobalt est diff´erente entre les deux substrats : −0.2 meV pour Au et −0.1 meV pour Pt qui est attribu´ee `a un effet de contrainte. Mais nous voyons surtout qu’`a l’interface, les anisotropies entre ces deux syst`emes sont radicalement diff´erentes : elle est bien plus ´elev´ee dans le cas du Pt dans la premi`ere couche de Co, que dans le cas de Au.
Nous avons alors d´ecid´e d’effectuer des calculs sur des syst`emes ”simpli-fi´es” compos´es d’une couche mince de cinq couches de cobalt sur cinq couches de Pt ou de Au mais o`u toute la structure est au param`etre de maille du cobalt.
CHAPITRE 3. PILOTER L’ANISOTROPIE MAGN´ETIQUE
A l’interface entre le cobalt et son substrat, la distance est choisie telle que celle obtenue lors de la relaxation de la structure en supercellule (figure 3.11). Dans cette configuration le substrat se trouve fortement comprim´e alors que le cobalt ne subit aucune contrainte m´ecanique. Nous esp´erons cependant pouvoir reproduire le comportement du syst`eme ”r´ealiste”. Le tableau suivant pr´esente les param`etres de Stoner et de couplage spin-orbite pour le platine et l’or choisis pour cette ´etude. Les MCA d´ecompos´ees par couches sont pr´esent´ees sur la figure 3.12.
Nous constatons que dans le cas de l’interface Au/Co le comportement est re-lativement fid`ele au syst`eme ”r´ealiste” avec des oscillations bien reproduites dans la couche de cobalt. En revanche dans le cas de l’interface Pt/Co le comportement est fortement modifi´e. Nous n’observons pas du tout le fort renforcement `a l’interface. De mˆeme la MCA dans le plan d’interface de Pt est quasiment nulle alors qu’elle atteint des fortes valeurs dans le cas du syst`eme ”r´ealiste”. Ceci peut-ˆetre attribu´e au fait que le Pt ”comprim´e” se polarise beaucoup moins que le Pt `a son param`etre de maille d’´equilibre. En effet dans le cas du syst`eme r´ealiste l’aimantation est de 0.4 µB alors que dans le cas o`u il est au param`etre de cobalt l’aimantation est de l’ordre de 0.1 µB.
Au Pt IStoner (eV) 0.60 0.60
ξSOCd (eV) 0.65 0.57
Table 3.2 – Param`etres de Stoner et couplages spin-orbite de l’or et du platine.
Nous constatons ´egalement que la pr´esence du substrat affecte non seule-ment la couche d’interface mais ´egalement `a plus longue port´ee toute la couche `a l’exception de la surface libre de cobalt qui semble peu affect´ee par la pr´esence du substrat.
´
Etant donn´e que le syst`eme simplifi´e Au/Co semble assez repr´esentatif du syst`eme r´eel nous avons essay´e d’´evaluer le rˆole du couplage spin-orbite de l’or sur celui de la MCA du cobalt. Ainsi nous avons fait varier le couplage spin-orbite de l’or. Comme le montre la figure 3.13, l’anisotropie de l’atome de cobalt de l’in-terface Au/Co augmente lin´eairement avec le couplage spin-orbite de l’atome d’or voisin et change mˆeme signe. C’est aussi le cas pour le platine. Ce caract`ere lin´eaire est justifi´e en annexe D `a l’aide d’un d´eveloppement en perturbation. Ainsi, l’hy-bridation entre Au et Co n’est pas la seule responsable des variations d’anisotropie, la transmission du couplage spin-orbite entre premiers voisins a aussi des effets tr`es importants. Dans le cas o`u le couplage spin-orbite est nul, l’anisotropie de l’atome d’interface de cobalt est n´egative (−0.10 meV) mais est cependant plus faible (en
CHAPITRE 3. PILOTER L’ANISOTROPIE MAGN´ETIQUE
Figure 3.12 – En haut, MCA de l’alliage Au fcc (111)-Co hcp (0001). En bas, MCA de l’alliage Pt fcc (111)-Co hcp (0001). Ces r´esultats ont ´et´e obtenus en consid´erant platine et or au mˆeme param`etre de maille que le cobalt mais en supposant une distance d’interface ´egale `a celle de la r´ealit´e. Ainsi, le cobalt ne subit pas de contraintes m´ecaniques.
valeur absolue) que la surface libre (−0.18 meV). Il s’agit d’un comportement simi-laire `a celui de l’hybridation d’orbitales entre le carbone et le cobalt montr´ee dans la section 3.2. Cependant, contrairement `a la tendance du carbone o`u l’orbitale dz2
du cobalt est majoritairement affect´ee, pour l’or, il n’y a pas d’orbitale privil´egi´ee, ceci est imput´e au caract`ere directionnel de l’hybridation carbone-cobalt via l’or-bitale pz. Nous pouvons aussi noter que l’impact du couplage spin-orbite de l’or sur l’anisotropie du cobalt `a l’interface d´epend fortement des orbitales consid´er´ees. Dans nos deux cas, l’orbitale dz2 est la plus affect´ee, et la moyenne des orbitales dxy et dx2−y2 est quant `a elle, peu voire pas affect´ee. La transmission du couplage spin-orbite est donc elle aussi directionnelle.
Le cas du platine semble un peu plus complexe, en effet la MCA obtenue sur le syst`eme mod`ele pour lequel le Platine est fortement comprim´e (au param`etre du Co) conduit `a une anisotropie d’interface beaucoup plus faible que ce qui a ´
et´e obtenu sur le syst`eme plus r´ealiste (Fig. 3.11). Ceci est attribu´e au fait que la compression induit une forte baisse de l’aimantation du platine d’interface. En effet `
a son param`etre de maille d’´equilibre le moment induit est de 0.4µB alors qu’il est quatre fois plus faible dans le syst`eme mod`ele.
CHAPITRE 3. PILOTER L’ANISOTROPIE MAGN´ETIQUE
(a) Au/Co (b) Pt/Co
Figure 3.13 – MCA de l’atome de cobalt `a l’interface Au/Co (`a gauche), et de l’interface Pt/Co (`a droite) en fonction de leur couplage spin-orbite. La ligne pointill´ee verticale montre la MCA au couplage spin-orbite de l’or et du platine respectivement, comme observ´ee dans la figure 3.12.
CHAPITRE 3. PILOTER L’ANISOTROPIE MAGN´ETIQUE