C.2 Influences de l’ajout de Cu

r e l a t i v e u n i t s Temperature,°K 1000 oersteds 2000 oersteds 6000 oersteds

Figure I.41 – Discontinuit´e observ´ee sur un monocristal de KMnF3[252].

I.C.2 Influences de l’ajout de Cu

I.C.2.a Origine de la pr´esence de Cu dans les couches

Une étude similaire de l’analyse de l’influence de la concentration en Pt a été

effectu´ee pour l’analyse de l’influence de l’ajout du Cu sur le syst`eme FePt. Mais

avant de présenter les résultats obtenus sur le système FePtCu, nous allons préciser

pourquoi le Cu est présent dans les couches. Comme cela a été brièvement

pré-senté en début de section (et de manière un peu plus détaillée en annexe A.A.3),

les couches de FePt sont obtenues par pulv´erisation d’une cible de 30mm de

dia-m`etre et de∼1cm de hauteur. Cette cible est coll´ee sur une plaque en Cu (servant

de support) avant d’ˆetre fix´ee sur le porte cible. On utilise ensuite un cache qui

est porté à un potentiel positif par rapport celui de la cible afin de ne pulvériser

que ce dernier. Au fur et à mesure des dépôts, la hauteur de la cible diminue et

l’´ecrantage des ions d’Ar⁺ par la barri`ere de potentiel entre la cible et le cache

devient de moins en moins bien assur´e, il s’en suit une pulv´erisation progressive du

support sur lequel est coll´ee la cible, ce qui entraine une contamination des couches

par du Cu. Nous avons tiré profit de ce problème en exploitant la présence de ce

dernier pour étudier son influence sur les propriétés magnétiques et structurales

du syst`eme FePt. La figure I.42 montre des exemples de cartographies de la

dis-tribution du Pt dans le cas de la présence ou non du Cu pendant le dépôt. Dans

le cas où seule la cible est pulvérisée (Fig.I.42(a)), on constate une prédominance

du Pt qui occupe les 3/4 du wafer. Dans le cas o`u le support commence aussi

at%Pt FePt - d T-S = 7.5cm 53,00 54,00 55,00 56,00 57,00 58,00 59,00 Si(100)

(a) Cartographie de la distribution du Pt en l’absence de Cu

3.71at%Cu 4.4at%Cu 4.1at%Cu 4.1at%Cu 4.56at%Cu 6.23at%Cu 5.14at%Cu 6.42at%Cu FePtCu - d T-S = 7.5cm 50,00 51,00 52,00 53,00 54,00 55,00 56,00 57,00 58,00 at%Pt Si(100) 6.86at%Cu

(b) Cartographie de la distribution du Pt en pr´esence de Cu

(c) Illustrations des cˆones d’ouvertures du Fe-Pt-Cu

Figure I.42 – (a) & (b) Cartographie de la distribution du Pt sur le substrat apr`es un

dépôt de FePt à une distance Cible-Substrat de 7.5 cm dans le cas de la présence ou non

du Cu. (c) Illustrations des ouvertures possibles des cônes de dépôt du Fe, du Pt et du Cu

d’après les constatations de la distribution de ces derniers après chaque dépôt.

`

a être pulvérisé (Fig. I.42(b)), on constate une altération de cette prédominance

initiale du Pt qui est une conséquence des différences des cônes d’ouverture lors

du dépôt des trois espèces du fait de la taille de la cible⁷⁵. Nous avons

repré-senté schématiquement ces cônes d’ouverture (Fig.I.42(c)), en nous basant sur les

constats de la distribution des trois éléments après chaque dépôt, nous reviendrons

par la suite sur les effets de cette distribution lors de la caract´erisation chimique de

l’influence du Cu sur nos couches. Apr`es cette pr´ecision, nous allons commencer,

comme pour l’´etude de l’influence de la concentration en Pt, par pr´esenter les effets

de la mesure à haute température sur les propriétés magnétiques et structurales

(Fig. I.43), dans le cas d’un échantillon ne comportant pas de Cu dénommé E₅

de composition [Fe₍₄₆_.₁₉₎Pt₍₅₃_.₈₁₎]Cu₍₀₎ de 4.32µm d’´epaisseur et dans le cas d’un

échantillon comportant 13.8[at%] de Cu dénomméE₆ de 3.76µm d’épaisseur et de

composition Fe₍₄₄_.₂₃₎Pt₍₄₂_.₀₁₎Cu₍₁₃_.₇₆₎ (soit [Fe₍₅₁_.₂₉₎Pt₍₄₈_.₇₁₎]Cu₍₁₃_.₇₆₎).

Ces deux échantillons présentent des comportements assez différents. Au

chauf-fage, on observe que le caractère abrupt de la transition de la phase désordonnée,

constaté jusqu’à présent, disparait dans le cas où la couche comporte 13.8[at%] de

Cu, et que cette disparition est accompagn´ee d’une r´eduction de 7% de la T

. Au

refroidissement, bien qu’ayant été effectué avec un temps de mesure plus long à

haute temp´erature (plus de points), la courbe obtenue pour l’´echantillon E₅

pré-sente une inflexion, au voisinage de la température où se produit la transition,

qui t´emoigne de la persistance d’une phase douce apr`es la mesure. Comme en

té-moigne l’allure du cycle d’hystéresis obtenu après cette mesure, où on observe une

relative faible coercivit´e (µ₀H

= 0.25T). À la différence des résultats obtenus

au niveau de l’échantillon E6 où ce retournement s’effectue à un plus fort champ

coercitif (µ₀H

= 0.85T). Cependant, apr`es la mesure, on constate une r´eduction

de l’aimantation `a 300K de 40%, bien plus importante que celle observ´ee sur les

´echantillons ne comportant pas de Cu. Mais avant de commenter ces observations,

regardons les modifications qu’induisent ces mesures sur les deux ´echantillons. Une

caractérisation par diffraction de rayons X effectuée avant et après ces mesures a

révélé des différences entre les propriétés microstructurales des couches comportant

ou non du Cu. Les résultats obtenus sont présentés sur la figureI.44.

Au niveau des diagrammes de diffraction, on commence d’abord par

consta-ter une intensit´e relativement plus importante du pic de surstructure (110) de la

couche ne contenant pas de Cu, alors que les autres surstructure de cette

échan-tillon sont quasi absents, ce qui témoigne de la présence d’une éventuelle texture

qui serait cependant isotrope dans le plan, le temps mis pour effectuer la mesure

en refroidissement (deux fois plus long que les autres mesures) pourrait ˆetre `a

l’ori-gine de cette observation. Dans le cas o`u la couche contient du Cu, on constate

une croissance plus importante des raies de surstucture qui t´emoigne d’un

déve-75. Ces cônes d’ouverture sont à l’origine d’angles de dépôts qui empêchent un bon

remplissage des caissons des couches structurées présentées au troisième chapitre (voir

Fig. III.20), car du fait des rapports d’aspect (hauteur et largeur des zones structur´ees)

on a un effet d’ombrage qui provoque un d´efaut de remplissage.

250 300 350 400450 500 550 600 650 700 750 800 850 0,0 1,0x10 -2 2,0x10 -2 3,0x10 -2 4,0x10 -2 5,0x10 -2 6,0x10 -2 7,0x10 -2 As deposited µ 0 H app =0.05T Heating Cooling [Fe (46.19) Pt (53.81) ]Cu (0) [ A m 2 / ( k g 1 0 -4 T ) ] Temperature [K]

(a) Couche ne comportant pas de Cu

250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 0,0 1,0x10 -2 2,0x10 -2 3,0x10 -2 4,0x10 -2 5,0x10 -2 6,0x10 -2 7,0x10 -2 8,0x10 -2 As deposited µ 0 H app =0.05T Heating Cooling [Fe (51.29) Pt (48.71) ]Cu (13.76) [ A m 2 / ( k g 1 0 -4 T ) ] Temperature [K]

(b) Couche comportant 13.8% de Cu

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 Cu content[at.%] 0% 13.8% M [ 1 0 3 A / m ] µ o H [T]

(c) Cycles d’aimantation au retour `a la temp´erature ambiante

Figure I.43 – (a)&(b) Mesures de susceptibilit´e en chauffage (--) et en

refroidis-sement (-◦-), sous un champ de 0.05T, pour l’´echantillon comportant : (a) 0[at%]Cu

([Fe(46.19)Pt(53.81)]Cu(0)) – (b) 13.8[at%]Cu ([Fe(51.29)Pt(48.71)]Cu(13.76)). (c) Cycles

d’ai-mantation mesurés à 300K, effectués après les mesures de susceptibilité en refroidissement.

loppement plus important de la phase L1₀après le cyclage à haute température, ce

qui est en accord avec les développements constatés de la coercivité au niveau des

cycles d’aimantation correspondants (Fig.I.43(c)). De plus on observe que la

po-sition de certaines raies de l’échantillon E₆ présentent un décalage vers les grands

angles par rapport à celles de l’échantillon E5. Ce décalage est la conséquence de

la diminution du volume de la maille (en accord avec l’´equation B.1) du fait de

la différences en composition. À y regarder de plus près, on constate que ce

d´eca-lage est beaucoup plus important que celui attendu et est d’autant plus important

que l’indice ℓde Miller de la raie correspondante est grande. Comme on peut s’en

rendre compte au niveau du zoom effectu´e sur les pics se trouvant `a grand angle,

20 40 60 80 100 120 140 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 90 95 100 105 110 115 0 50 100 150 200 XRD after heating measurement at 800K (~525°C) Cu content[at.%] 0% 13.8% I n t e n s i t y [ c o u n t s ] 2 [degree] ( 0 0 1 ) S ( 1 1 0 ) S ( 1 1 1 ) ( 2 0 0 ) ( 0 0 2 ) ( 2 0 1 ) S ( 1 1 2 ) S ( 2 2 0 ) ( 2 0 2 ) ( 2 2 1 ) S ( 1 3 0 ) S ( 3 1 1 ) ( 1 1 3 ) ( 2 2 2 ) ( 2 0 3 ) S ( 3 1 2 ) S ( 4 0 0 ) S i L1 0 Peaks ( 3 1 1 ) ( 1 3 0 ) S ( 1 1 3 ) ( 2 2 2 )

Figure I.44 – Diagrammes de diffraction X (avec zoom sur les pics `a grand angle)

obtenus après les mesures à haute température des échantillonsE5 etE6 qui comportent

respectivement 0[at%] et 13.8[at%] de Cu.

o`u l’on observe que lorsque ℓ est nul ce d´ecalage est nul et que lorsque ℓ prend

successivement les valeurs de 1, 2 et 3, ce décalage évolue de manière croissante

par rapport à ceux de l’échantillon ne comportant pas de Cu. Ce phénomène peut

être interpréter comme étant d’une part une preuve de la présence du Cu dans la

structure L1₀ et d’autre part de l’occupation pr´ef´erentielle des sites du Fe par les

atomes de Cu. En effet, le d´ecalage des pics de Bragg est une cons´equence de la

modification des distances interr´eticulaires induite par la transformation de phase

A1-L1₀, or, du fait de leurs sensibilit´es aux distances Pt-Pt et Pt-Fe qui fixent

respectivement les param`etres a et c de la maille, ces distances sont modifi´ees de

mani`eres diff´erentes suivant que le Cu occupe un site du Fe ou un site du Pt.

L’étude de l’évolution des paramètres de maille avec l’ajout du Cu est donc

essen-tielle pour comprendre et interpréter les phénomènes observés. Nous avons pour

cela effectué une étude où nous avons fait varier la concentration en Cu de 0 à

15[at%]. Le paragraphe suivant présente les résultats obtenus. Nous avons étudié

les modifications structurales induites par le cyclage `a haute temp´erature sur les

échantillonsE₅ etE₆. Pour chacun de ces échantillons, une caractérisation AFM a

été effectuée avant et après les cyclages thermiques, les résultats sont présentés sur

la figure I.45. Comme précédemment, on observe que la mesure modifie l’état de

surface des ´echantillons. Cependant on constate que cette modification est

beau-coup plus importante dans le cas o`u l’´echantillon comporte du Cu. Car, comme on

peut s’en rendre compte au niveau du tableau I.8 où sont résumées les rugosités

des états de surfaces des échantillons avant et après le cyclage thermique ainsi que

0 [at%] Cu - Before Magnetic Measurement at High Temperature

Scan on 10µm Scan on 5µm

Scan on 2µm Scan on 1µm

(a) ´Etat avant la mesure avec 0% de Cu

0 [at%] Cu - After Magnetic Measurement at High Temperature (Tmax=800K)

Scan on 10µm Scan on 5µm

Scan on 2µm Scan on 1µm

(b) ´Etat apr`es la mesure avec 0% de Cu

13.8 [at%] Cu - Before Magnetic Measurement at High Temperature

Scan on 10µm Scan on 5µm

Scan on 2µm Scan on 1µm

(c) ´Etat avant la mesure avec 13.8% de Cu

Scan on 10µm Scan on 5µm

Scan on 2µm Scan on 1µm

13.8 [at%] Cu - After Magnetic Measurement at High Temperature (Tmax=800K)

(d) ´Etat apr`es la mesure avec 13.8% de Cu

Figure I.45 – Illustration des modifications de l’´etat de surface avant et apr`es

un cyclage à une température à 800K. (a) et (b) Couche ne comportant pas

de Cu ( [Fe(46.19)Pt(53.81)]Cu(0) ). (c) et (d) Couche comportant 13.8[at%] de Cu

([Fe(51.29)Pt(48.71)]Cu(13.76))

TableI.8 –_{Evolution de la rugosité de l’état de surface des échantillons}´ _E₅_et_E₆_avant

et apr`es le cyclage thermique et taille des grains d´eduite des diagrammes de diffraction.

Concentration en Cu 0% 13.8%

Avant cyclage Apr`es cyclage Avant cyclage Apr`es cyclage

Rugosit´e (nm)

R

Av

14.1±2 39±5

2.5±0.2 4±0.1

2±0.2 3.1±0.1

12.8±1 345±19

1.4±0.1 59.3±1

1.1±0.1 50±1.4

Taille des grains (nm)

Scherrer – – – 31.7±3.1 16.6±2 37.3±5.2

la taille des grains⁷⁶ d´eduite des diagrammes de diffraction. On constate qu’avant

la mesure, les morphologies des ´etats de surfaces sont quasiment identiques. Tandis

qu’elles sont très différentes après le cyclage en température, comme la témoignent

les valeurs de rugosit´e obtenues. Ces observations sont en accord avec les r´esultats

de Platt et al. [254] qui ont observé le même phénomène par AFM et par

mi-croscopie ´electronique en transmission (TEM). Ces auteurs concluent que l’ajout

de 20% de Cu dans le syst`eme FePt fait passer la taille des grains de 20nm `a

50nm apr`es un recuit `a 450°C/10min, ce qui est aussi en accord avec la taille des

grains d´eduite des diagrammes de diffraction77(Tab. I.8). Ces r´esultats sont

ce-pendant en contradiction avec ceux de Park et al. [255], qui observent que la taille

des grains des syst`emes [Fe₍₅₇₎Pt₍₄₃₎]Cu₍₀₎ et [Fe₍₅₇₎Pt₍₄₃₎]Cu₍₄₎⁷⁸sont

respective-ment de 80nm et 30nm apr`es un recuit `a 500°C/10min. Ces auteurs concluent

que l’ajout du Cu dans le syst`eme FePt supprime la croissance des grains durant

le processus de recuit. Leurs r´esultats contrastent cependant avec ceux d’autres

auteurs, comme ceux obtenus par Barmak et al. [88], sur une couche ´egalement

plus riche en Fe (54.4%), o`u un recuit de 600°C fait passer la taille des grains de

8.5nm à 20nm⁷⁹. Après ces observations, regardons un peu plus en détails les

modifications structurales et magnétiques observées sur ces deux échantillons E₅

etE6 en effectuant les mˆemes ´etudes en faisant varier la concentration en Cu.

76. En notant 2θrad et Λ(2θrad) la position et la largeur `a mi-hauteur d’une raie de

diffraction et λK

la longueur d’onde utilisée, la taille D des grains peut être estimée

en utilisant la relation de Scherrer donn´ee par : D = ⁰^.⁸⁹^·^λ

Kα

Λ(2θ

rad

)·cos(2θ

rad

). Cependant cette

relation devient imprécise dans le cas où les grains sont soumis à des microcontraintes dont

les effets induisent des d´eformations locales de la structure cristalline.

77. La valeur de∼30nmtrouvée pour l’échantillonE5 doit être nuancée du fait (voir

Fig. I.44) de la contribution encore importante de la phase douce apr`es le cyclage

ther-mique ainsi que de la forme inhabituelle de la raie de surstructure (110).

78. Ce qui correspond dans une ´ecriture ternaire `a Fe(54.72)Pt(41.28)Cu(4)

79. En accord avec les r´esultats de Platt et al. [254] obtenus pour 50[at%]de Fe.

I.C.2.b Influences du Cu : Caract´erisations par rayons X

Cette étude a été effectuée sur quatre échantillons comportant 0, 3.1, 9.3 et

15[at%] de Cu. La figureI.46pr´esente les r´esultats obtenus. Pour une description

plus simple, les échantillons seront désignés par leur concentration en Cu (leurs

compositions exactes sont présentées sur la figureI.54). La figureI.46(a1)présente

les diagrammes de diffraction mesurés et calculés pour les quatre échantillons.

Les comportements observés confortent les résultats précédemment observés sur

les échantillons E₅ et E₆ (Fig. I.44), à savoir un décalage des pics de Bragg qui

augmente avec l’ajout du Cu de mani`ere d’autant plus importante que l’indiceℓdes

plans diffractant augmente⁸⁰. Cette observation est clairement mise en ´evidence

au niveau de la figure I.46(b) où la quantification de ce décalage par rapport à la

concentration en Cu, par utilisation de la relation de Bragg, montre une ´evolution

linéaire de ce dernier avec l’indice ℓde Miller⁸¹ . Ce résultat est une conséquence

des évolutions constatées des paramètres de maille (Fig.I.46(a2)), où l’on observe

que l’ajout du Cu modifie fortement le param`etrecde la structure L10alors que le

paramètrea varie très peu. Ces valeurs des paramètres de maille ont été déduites

de l’analyse Rietveld des quatre diffractogrammes. Le résumé des résultats de cette

analyse est pr´esent´e sur le tableauI.9.

Table I.9 – Résumé des résultats de l’analyse Rietveld et du calcul des intensités

intégrées sur l’influence de l’ajout du Cu sur le système FePt après un traitement thermique

à 400°C/30min. fv désigne la fraction volumique de la phase ordonnée, r

_{F e}₊_Cu

et r

_{P t}

d´esignent respectivement les fractions des sites correctement occup´es par du Fe (ou du

Cu) et par du Pt, S(Rvd) désigne le paramètre d’ordre obtenu en utilisant les résultats

de l’affinement de structure (Eq.I.1) etSef f(cal) désigne le paramètre d’ordre déterminé

par la méthode de comparaison des intensités intégrées (Eq.I.10).

[Cu](at%) [Fe+Cu](at%) f

(L1

) r

_{F e}₊_Cu

r

_{P t}

S(Rvd) S

_{ef f}

(cal)

0% 47.8% 98.5±8.5 0.82±0.02 0.833±0.012 0.65±0.02 0.63±0.052

3.1% 49.1% 86.3±4 0.875±0.02 0.862±0.01 0.74±0.02 0.69±0.032

9.3% 55% 92.6±2 0.964±0.014 0.906±0.01 0.87±0.01 0.66±0.014

15% 59.1% 96.5±5 0.944±0.02 0.896±0.01 0.84±0.02 0.89±0.046

80. Cette observation contraste ´egalement avec les r´esultats de Park et al. [255] qui

ob-servent (sur une plage de 2θ variant de 20 `a 80°) que l’ensemble des positions des pics de

diffraction reste le mˆeme pour 0 et 4[at%] de Cu. Ces auteurs concluent que la diminution

de la temp´erature d’ordre et l’augmentation de la coercivit´e sont respectivement les

consé-quences de la ségrégation en surface des atomes de Cu et de la formation de précipités en

volume qui augmentent la mobilit´e des atomes de Fe et de Pt du fait de la possibilit´e de

l’immiscibilit´e du Cu avec le syst`eme FePt.

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 90 95 100 105 110 115 0,0 0,1 0,2 0,3 0 5 10 15 3,66 3,68 3,70 3,72 3,74 3,76 3,78 3,80 3,82 3,84 3,86 0,948 0,952 0,956 0,960 0,964 0,968 0,972 annealing 400°C/30mn I n t e n s i t y ( a r b . u n i t s ) 2 (degree) Cu content [at%] 0% 3.1% 9.3% 15% Calcul Bragg Position L1 0 A1 ( 0 0 1 ) S ( 1 1 0 ) S ( 1 1 1 ) ( 2 0 0 ) ( 0 0 2 ) ( 2 0 1 ) S ( 1 1 2 ) S ( 2 2 0 ) ( 2 0 2 ) ( 2 2 1 ) S ( 1 3 0 ) S ( 3 1 1 ) ( 1 1 3 ) ( 2 2 2 ) ( 2 0 3 ) S (a1) L1 0 Peaks ( 2 2 2 ) ( 1 1 3 ) ( 3 1 1 ) ( 1 3 0 ) S 0% 3.1% 9.3% 15% Calcul (a3) a lattice c lattice c/a ratio l a t t i c e p a r a m e t e r s [ Å ] Cu Content [at%] (a2) c / a r a t i o

(a) Diagrammes de diffraction mesurés et calculés et paramètres de maille

0 2 4 6 8 10 12 14 16 0,0 3,0x10 -3 6,0x10 -3 9,0x10 -3 1,2x10 -2 1 d d 1 sin sin 0 0 Miller indice (110) (111) (112) (113) [ S h i f t B r a g g p e a k s ] Cu Content [at%]

(b) D´ecalage des pics de Bragg (c) Orientation des plans diffractant

Figure I.46 – Influences de l’ajout de 0, 3.1, 9.3 et 15[at%] de Cu sur les propri´et´es

structurales du FePt apr`es un recuit de 400°C/30min sous vide (dans le cas 0[at%]Cu

la concentration en Pt est de 52.2[at%]). En (a1) Diagrammes de diffraction mesur´es et

calculés des quatre échantillons, (a2) Évolutions des paramètres de maille a et c et du

rapport c/a (qui ont été déduits du calcul) en fonction de la concentration en Cu, (a3)

Zoom sur les pics à grand angle. (b) Évolutions des décalages des pics de Bragg par rapport

`

a l’indiceℓdes plans diffractant en fonction de la concentration de Cu. (c) Repr´esentation

de l’orientation des plans (130), (311), (222) et (113) de la maille ´el´ementaire.

De mani`ere surprenante, on observe une nette augmentation de la valeur du

de-gr´e d’ordre avec l’augmentation de la concentration en Cu, pour les deux m´ethodes

de détermination du degré d’ordre. Bien qu’étant en accord avec les résultats de

Hirotsu et al. [256,257] (voir page243), les valeurs obtenues ici sont plus ´elev´ees que

celles obtenues par ces auteurs⁸² qui concernent cependant des nanoparticules de

FePt et de FePtCu synth´etis´es sur des substrats en chlorure de sodium (NaCl). On

remarque aussi une disparit´e des valeurs du degr´e d’ordre obtenues pour

l’´echan-tillon comportant 9.3[at%] de Cu. Cette disparit´e, plus importante pour la valeur

de S déterminée par la méthode de comparaison des intensités intégrées, n’est

cependant pas physique car il existe une corr´elation entre degr´e d’ordre et

déve-loppement de coercivité (voir Fig. I.64) et aucune discontinué n’est observée au

niveau de l’évolution de la coercivité des ces mêmes échantillons (voir Fig.I.49).

Pour faire ces analyses, nous avons suppos´e que le Cu occupe les sites du Fe83

et avons considéré le système F e_[_y_]Cu_[1₋_y_]_[1

−x](P t)_[_x_], ce qui peut constituer une

source d’erreur dans l’absolu mais se justifie par le constat de la relation entre le

d´ecalage des pics de Bragg et la valeur de l’indiceℓde ces pics lorsque la

concentra-tion en Cu augmente (Fig.I.46(a1)). En effet, comme on peut s’en rendre compte

au niveau de l’illustration de l’orientation des plans diffractants par rapport `a la

structure L1₀ (figureI.46(c)), les plans d’indicesℓnon nuls sont sensibles `a toutes

modifications des distances Fe-Pt (qui fixent le param`etre c de la structure L1₀)

et cela de mani`ere d’autant plus importante que la valeur de l’indiceℓ augmente.

Alors que les plans diffractants o`u cet indice ℓ est nul sont, du fait des rapports

de rayon atomique, essentiellement sensibles aux modifications des distances Pt-Pt

(qui fixent le param`etre a de la structure L1₀), ces plans restent insensibles `a une

modification du param`etrec. De plus on peut remarquer que le param`etre de maille

de l’alliage CuPt est l´eg`erement plus petit que celui du FePt (a

_{CuP t}

(f cc) = 3.796˚A

eta

_{F eP t}

(f cc) = 3.816˚A) par cons´equent la non modification notable du param`etre

a de la structure L10, c’est-`a-dire le non d´ecalage des plans diffractants d’indice

ℓ nul avec l’ajout du Cu, sugg`ere effectivement que l’occupation du Cu s’effectue

de manière préférentielle sur les sites du Fe. Ce résultat est en accord avec les

observations de Shahmiri et al. [238] qui par mesures (et par calculs) des cartes

de densité électronique sur deux échantillons de tulameenite (Pt₂FeCu –Fig.I.24

–), identifient les sites(1a)(1c) [(0 ;0 ;0)][(1/2 ;1/2 ;0)] comme ´etant occup´es par les

atomes de Pt et que les atomes de Fe et de Cu, non discernables par cette

tech-nique, sont al´eatoirement distribu´es sur les sites(2e) [(0 ;1/2 ;1/2) (1/2 ;0 ;1/2)]. De

plus, ces auteurs observent que la mise en ordre consiste en l’arrangement des

Dans le document Matériaux magnétiques en couches. Etudes des systèmes FePt et FeRh (Page 84-108)

Figure I.41 – Discontinuit´e observ´ee sur un monocristal de KMnF3[252].

I.C.2 Influences de l’ajout de Cu

I.C.2.a Origine de la pr´esence de Cu dans les couches

Une étude similaire de l’analyse de l’influence de la concentration en Pt a été

effectu´ee pour l’analyse de l’influence de l’ajout du Cu sur le syst`eme FePt. Mais

avant de présenter les résultats obtenus sur le système FePtCu, nous allons préciser

pourquoi le Cu est présent dans les couches. Comme cela a été brièvement

pré-senté en début de section (et de manière un peu plus détaillée en annexe A.A.3),

les couches de FePt sont obtenues par pulv´erisation d’une cible de 30mm de

dia-m`etre et de∼1cm de hauteur. Cette cible est coll´ee sur une plaque en Cu (servant

de support) avant d’ˆetre fix´ee sur le porte cible. On utilise ensuite un cache qui

est porté à un potentiel positif par rapport celui de la cible afin de ne pulvériser

que ce dernier. Au fur et à mesure des dépôts, la hauteur de la cible diminue et

l’´ecrantage des ions d’Ar+ par la barri`ere de potentiel entre la cible et le cache

devient de moins en moins bien assur´e, il s’en suit une pulv´erisation progressive du

support sur lequel est coll´ee la cible, ce qui entraine une contamination des couches

par du Cu. Nous avons tiré profit de ce problème en exploitant la présence de ce

dernier pour étudier son influence sur les propriétés magnétiques et structurales

du syst`eme FePt. La figure I.42 montre des exemples de cartographies de la

dis-tribution du Pt dans le cas de la présence ou non du Cu pendant le dépôt. Dans

le cas où seule la cible est pulvérisée (Fig.I.42(a)), on constate une prédominance

du Pt qui occupe les 3/4 du wafer. Dans le cas o`u le support commence aussi

(a) Cartographie de la distribution du Pt en l’absence de Cu

(b) Cartographie de la distribution du Pt en pr´esence de Cu

(c) Illustrations des cˆones d’ouvertures du Fe-Pt-Cu

Figure I.42 – (a) & (b) Cartographie de la distribution du Pt sur le substrat apr`es un

dépôt de FePt à une distance Cible-Substrat de 7.5 cm dans le cas de la présence ou non

du Cu. (c) Illustrations des ouvertures possibles des cônes de dépôt du Fe, du Pt et du Cu

d’après les constatations de la distribution de ces derniers après chaque dépôt.

`

a être pulvérisé (Fig. I.42(b)), on constate une altération de cette prédominance

initiale du Pt qui est une conséquence des différences des cônes d’ouverture lors

du dépôt des trois espèces du fait de la taille de la cible75. Nous avons

repré-senté schématiquement ces cônes d’ouverture (Fig.I.42(c)), en nous basant sur les

constats de la distribution des trois éléments après chaque dépôt, nous reviendrons

par la suite sur les effets de cette distribution lors de la caract´erisation chimique de

l’influence du Cu sur nos couches. Apr`es cette pr´ecision, nous allons commencer,

comme pour l’´etude de l’influence de la concentration en Pt, par pr´esenter les effets

de la mesure à haute température sur les propriétés magnétiques et structurales

(Fig. I.43), dans le cas d’un échantillon ne comportant pas de Cu dénommé E5

de composition [Fe(46.19)Pt(53.81)]Cu(0) de 4.32µm d’´epaisseur et dans le cas d’un

échantillon comportant 13.8[at%] de Cu dénomméE6 de 3.76µm d’épaisseur et de

composition Fe(44.23)Pt(42.01)Cu(13.76) (soit [Fe(51.29)Pt(48.71)]Cu(13.76)).

Ces deux échantillons présentent des comportements assez différents. Au

chauf-fage, on observe que le caractère abrupt de la transition de la phase désordonnée,

constaté jusqu’à présent, disparait dans le cas où la couche comporte 13.8[at%] de

Cu, et que cette disparition est accompagn´ee d’une r´eduction de 7% de la T

. Au

refroidissement, bien qu’ayant été effectué avec un temps de mesure plus long à

haute temp´erature (plus de points), la courbe obtenue pour l’´echantillon E5

pré-sente une inflexion, au voisinage de la température où se produit la transition,

qui t´emoigne de la persistance d’une phase douce apr`es la mesure. Comme en

té-moigne l’allure du cycle d’hystéresis obtenu après cette mesure, où on observe une

relative faible coercivit´e (µ0H

= 0.25T). À la différence des résultats obtenus

au niveau de l’échantillon E6 où ce retournement s’effectue à un plus fort champ

coercitif (µ0H

= 0.85T). Cependant, apr`es la mesure, on constate une r´eduction

de l’aimantation `a 300K de 40%, bien plus importante que celle observ´ee sur les

´echantillons ne comportant pas de Cu. Mais avant de commenter ces observations,

regardons les modifications qu’induisent ces mesures sur les deux ´echantillons. Une

caractérisation par diffraction de rayons X effectuée avant et après ces mesures a

révélé des différences entre les propriétés microstructurales des couches comportant

ou non du Cu. Les résultats obtenus sont présentés sur la figureI.44.

Au niveau des diagrammes de diffraction, on commence d’abord par

consta-ter une intensit´e relativement plus importante du pic de surstructure (110) de la

couche ne contenant pas de Cu, alors que les autres surstructure de cette

échan-tillon sont quasi absents, ce qui témoigne de la présence d’une éventuelle texture

qui serait cependant isotrope dans le plan, le temps mis pour effectuer la mesure

en refroidissement (deux fois plus long que les autres mesures) pourrait ˆetre `a

l’ori-gine de cette observation. Dans le cas o`u la couche contient du Cu, on constate

une croissance plus importante des raies de surstucture qui t´emoigne d’un

déve-75. Ces cônes d’ouverture sont à l’origine d’angles de dépôts qui empêchent un bon

remplissage des caissons des couches structurées présentées au troisième chapitre (voir

Fig. III.20), car du fait des rapports d’aspect (hauteur et largeur des zones structur´ees)

on a un effet d’ombrage qui provoque un d´efaut de remplissage.

(a) Couche ne comportant pas de Cu

(b) Couche comportant 13.8% de Cu

(c) Cycles d’aimantation au retour `a la temp´erature ambiante

l’´ecrantage des ions d’Ar⁺ par la barri`ere de potentiel entre la cible et le cache

du dépôt des trois espèces du fait de la taille de la cible⁷⁵. Nous avons

(Fig. I.43), dans le cas d’un échantillon ne comportant pas de Cu dénommé E₅

de composition [Fe₍₄₆_.₁₉₎Pt₍₅₃_.₈₁₎]Cu₍₀₎ de 4.32µm d’´epaisseur et dans le cas d’un

échantillon comportant 13.8[at%] de Cu dénomméE₆ de 3.76µm d’épaisseur et de

composition Fe₍₄₄_.₂₃₎Pt₍₄₂_.₀₁₎Cu₍₁₃_.₇₆₎ (soit [Fe₍₅₁_.₂₉₎Pt₍₄₈_.₇₁₎]Cu₍₁₃_.₇₆₎).

haute temp´erature (plus de points), la courbe obtenue pour l’´echantillon E₅

relative faible coercivit´e (µ₀H

coercitif (µ₀H

loppement plus important de la phase L1₀après le cyclage à haute température, ce

po-sition de certaines raies de l’échantillon E₆ présentent un décalage vers les grands

structure L1₀ et d’autre part de l’occupation pr´ef´erentielle des sites du Fe par les

A1-L1₀, or, du fait de leurs sensibilit´es aux distances Pt-Pt et Pt-Fe qui fixent

échantillonsE₅ etE₆. Pour chacun de ces échantillons, une caractérisation AFM a

TableI.8 –_{Evolution de la rugosité de l’état de surface des échantillons}´ _E₅_et_E₆_avant

la taille des grains⁷⁶ d´eduite des diagrammes de diffraction. On constate qu’avant