La transformation

−piq_iy_ci^π w ^(IV.36) avec q =±1 la vorticit´e.

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Fig. IV.7: (a) Repr´esentation sch´ematique de l’angle g´en´eralis´e pour une paroi asym´etrique transverse. Dans ce cas la fl`eche rouge repr´esente le moment magn´etique au centre de la paroi. (b) Repr´esentation sch´ematique de l’angle g´en´eralis´e pour une paroi vortex. Dans ce cas la fl`eche rouge repr´esente le mo-ment magn´etique du cœur de vortex.

Ce que nous avons appel´e automouvement, a d´ej`a ´et´e observ´e mais nomm´e de mani`ere diff´erentes : overshoot, bias jump, automotion ou encore wall streaming. Dans l’ensemble de ces travaux [85–88], les auteurs ´etudient le comportement dyna-mique de parois de Bloch, ou de bulles magn´etiques, associ´e `a la manipulation sous champ des lignes de Bloch dans la paroi. Par exemple, ils montrent qu’il est possible de d´eplacer une bulle en l’absence de gradient de champ (automotion) [86], ou encore par la r´eduction du nombre de lignes (bias jump) [85]. Dans les cas pr´ec´edents, les syst`emes ´etudi´es sont des parois de Bloch dans des milieux infinis, pour lesquelles le mod`ele 1D est directement pertinent et le changement d’angle clairement reli´e au nombre de lignes. En revanche, dans les nanopistes, l’automouvement n’a encore ja-mais ´et´e mis en ´evidence exp´erimentalement pour des VWs et ATWs et son impact sur le STT, jamais discut´e.

IV.2.2 La transformation

L’automouvement semble faire partie int´egrante de la dynamique de l’aimanta-tion. Le mettre en ´evidence et ´evaluer sa contribution au cours d’une exp´erience de transfert de spin ou de dynamique sous champ reste quelque chose d’assez difficile. Cependant on peut remarquer qu’en transformant une ATW en VW cela revient `a un changement de π/2. Effectivement, une telle transformation revient `a faire voya-ger le cœur de vortex du centre de la piste jusque sur le bord o`u il est annihil´e (VW - ATW) ou nucl´eer le cœur sur un bord jusqu’au centre (ATW - VW) (fig IV.8).

On peut alors pr´edire qu’une telle transformation aura pour cons´equence un d´eplacement qui peut ˆetre ´evalu´e d’apr`es les ´equations d´ecrites auparavant. En effet, s’il on consid`ere une largeur de Thiele ∆_T = 27nm et un coefficient d’amortissement α = 0.02 alors une transformation ATW-VW a pour cons´equence un d´eplacement de

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Fig. IV.8: Sch´ema du processus de transformation d’une ATW en VW.

∆q = 2µm ce qui est loin d’ˆetre n´egligeable et devrait alors ˆetre mesurable. L’int´erˆet de cette configuration est que dans un certain r´egime d’´epaisseur et de largeur, alors que la VW est stable, la ATW n’est que m´etastable. Le principe des exp´eriences suivantes est de pr´eparer l’´etat m´etastable puis de le transformer vers l’´etat stable en mesurant le d´eplacement. On a donc un syst`eme `a deux niveaux d’´energie ayant chacun un angle g´en´eralis´e φ.

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Fig. IV.9: Image MEB des nanostructures de Py fabriqu´ees par une technique standard de “lift off”. Les parties les plus claires sont les extr´emit´es de la ligne de signal du guide d’onde coplanaire.

L’automouvement est ´etudi´e dans des nanostructures de Permalloy (fig IV.9) d’une ´epaisseur de 17.5 nm et d’une largeur de 430 `a 500 nm. On peut remarquer qu’`a ces dimensions la VW est bien plus stable que la ATW, respectivement 50.3 aJ et 67 aJ (fig IV.10).

La figure IV.11 pr´esente le principe standard de nucl´eation de parois de domaines magn´etiques dans les structures ´etudi´ees. On utilise la forme en “S” de la structure pour faciliter la nucl´eation de parois. Un fort champ magn´etique transverse statique (≈ 1 kOe) est appliqu´e alignant tous les moments magn´etiques de la structure. Une fois revenu `a z´ero, deux parois de domaines de polarit´es oppos´ees sont automatique-ment cr´e´ees. A cause de la sym´etrie du champ magn´etique appliqu´e, les ATW sont nucl´e´ees.

La transformation est d´eclench´ee avec une courte impulsion de courant. C’est `a dire que le transfert de spin est utilis´e comme un “coup de pied” dans la paroi. Pour ´

etudier l’automouvement, il est n´ecessaire d’avoir acc`es `a la fois au d´eplacement et `

Fig. IV.10: Simulation micromagn´etique de la variation d’´energie micromagn´etique lors de la transformation du ATW en VW assist´ee par un courant de 2.86×1012A/m2

dans une piste de 460 nm de large et de 17.5 nm d’´epaisseur. La partie hachur´ee marque le temps d’application du courant. On peut remarquer que l’injection du cœur coˆute de l’´energie d’o`u la m´etastabilit´e de la ATW.

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Fig. IV.11: Principe de nucl´eation des parois dans les nanostructures en forme de vague. Un fort champ magn´etique transverse est appliqu´e ce qui aligne tous les mo-ments magn´etiques dans sa direction (a). En ramenant ce champ `a z´ero, deux parois magn´etiques de polarit´es oppos´ees sont cr´e´ees (b).

ce jour, et en pratique, la microscopie `a force magn´etique est le meilleur compromis pour r´ealiser une telle ´etude.

L’exp´erience : On cr´ee et on fait l’image MFM d’une ATW dont le demi vortex “h´erisson” (§ III.1.2) est en aval de la paroi (fig IV.12(a)). Apr`es avoir appliqu´e une impulsion de courant de 1 ns, d’une densit´e de 2.4× 1012 A/m2 et dont la direction est indiqu´ee par la grande fl`eche noire, on re-fait l’image magn´etique de la structure (fig IV.12(b)). Il est alors clair que non seulement la ATW s’est transform´ee en VW mais qu’elle a aussi effectu´e un d´eplacement de 1.4µm. La figure IV.12(d) est la superposition des deux autres. La mesure du d´eplacement a ´et´e faite entre l’anti-vortex de la ATW et le cœur de l’anti-vortex de la VW. Ce d´eplacement est trop important pour ˆetre dˆu simplement au transfert de spin, comme nous le verrons par la suite, et r´esulte par cons´equent des deux effets : le STT et l’automouvement. De plus, pour une ´etude pr´ecise de ce dernier, le d´etail de la structure finale est capital. La figure IV.12(c) est un zoom sur la VW obtenue. En notant que c’est le contraste attractif qui est continu au niveau du cœur de vortex, on sait que sa polarit´e est la mˆeme que la charge globale de la paroi (§ III.1.2).

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Fig. IV.12: Mise en ´evidence exp´erimentale de l’automouvement. Une ATW (a) est trans-form´ee en VW (b) apr`es une impulsion de courant de 2.4 × 1012 A/m2 (grosse fl`eche noire). (c) est un zoom de la VW obtenue. (d) est superposition de l’´etat initial (a) et l’´etat final (b). Notons que les petites fl`eches noires repr´esentent le sens de balayage lent.

On recommence l’exp´erience et une ATW est nucl´e´ee dont le demi-vortex “h´erisson” est en amont de la paroi (fig IV.13(a)). La mˆeme impulsion de courant est appliqu´ee. La ATW a ´et´e transform´ee en VW et s’est d´eplac´ee de 700 nm dans l’autre sens :

c’est `a dire dans le sens contraire `a celui attendu par transfert de spin. Si on ´etudie la configuration finale (fig IV.13), on s’aper¸coit qu’au niveau du cœur de vortex, c’est le contraste r´epulsif qui est continu. Par cons´equent, la polarit´e du cœur de vortex est oppos´ee `a celle de la charge globale de la paroi. Ayant ´et´e nucl´e´ee avec le mˆeme champ magn´etique (mˆeme direction), les parois des exp´eriences 1 (fig IV.12) et 2 (fig IV.13) ont la mˆeme polarit´e globale et donc les cœurs de vortex de VWs ont des polarit´es oppos´ees. Ceci est en parfait accord qualitatif avec le mod`ele analytique, `

a savoir que la variation d’angle est une quantit´e alg´ebrique et que, en fonction de son signe, le sens de d´eplacement sera invers´e. Comme montr´e dans les ´equations et prouv´e par les exp´eriences, son signe d´epend de la polarit´e du cœur de vortex inject´e.

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Fig. IV.13: Mise en ´evidence exp´erimentale de l’automouvement. Une ATW (a) est trans-form´ee en VW (b) apr`es une impulsion de courant de 2.4 × 1012A/m2 (grosse fl`eche noire). (c) est un zoom de la VW obtenue. (d) est superposition de l’´etat initial (a) et l’´etat final (b). Notons que les petites fl`eches noires repr´esentent le sens de balayage lent.

Cependant, le sens de d´eplacement d´epend aussi du sens de parcours du cœur dans la piste. Il est nucl´e´e `a partir du demi vortex “h´erisson”. Cela est intuitif et sera num´eriquement montr´e par la suite. La figure IV.14 pr´esente une autre exp´erience de transformation o`u cette fois l’image MFM de l’ensemble de la structure a ´et´e r´ealis´ee. Un ´etat avec deux ATW est initialement cr´e´e (fig IV.14(a)). Les pointes MFM ayant ´et´e optimis´ees, par retournement de leur aimantation, une interaction attractive est conserv´ee entre elles et les parois. Pour cette raison, le contraste sur les deux parois ayant forc´ement des polarit´es oppos´ees, apparaˆıt attractif. Apr`es avoir appliqu´e une impulsion de courant de 1 ns et d’une densit´e de 3.6×1012A/m2dont la direction est indiqu´ee par la grande fl`eche noire, on fait de nouveau l’image MFM de

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Fig. IV.14: Automouvement pour des parois de polarit´es oppos´ees. Deux ATW (a) sont transform´ees en VW (b) apr`es une impulsion de courant de 3.6 × 1012 A/m2

et 1 ns (grosse fl`eche noire). (c) et (d) zooms sur les VW obtenus. (d) et (e) sch´emas des configurations finales (fl`eches grises). Les fl`eches vertes repr´esentent l’endroit de nucl´eation et la direction des cœurs de vortex

l’´etat magn´etique final de la structure. Les deux ATW se sont transform´ees en VW comme attendu (fig IV.14(b)). Cependant dans les deux cas, le contraste attractif est continu au niveau des cœurs (figs IV.14(c)&(d)) ce qui signifie qu’ils ont chacun la polarit´e de leur paroi respective. C’est `a dire que les cœurs de vortex ont des polarit´es oppos´ees. A noter que les demi vortex “h´erisson” des deux parois ATWs initiales se situent sur les bords oppos´es. Pour la paroi du haut, le cœur de vortex est nucl´e´e `a partir du bord droit et se dirige vers le centre, tandis que pour la paroi du bas le cœur de vortex est nucl´e´e sur le bord gauche puis se dirige vers le centre. Ils ont alors des polarit´es p oppos´ees et des d´eplacements transversaux y_c oppos´es ce qui r´esulte au final en des d´eplacements effectu´es pour les parois dans le mˆeme sens : ≈ 1.7µm et ≈ 1.5µm.

Les mesures ont ´et´e effectu´ees sur huit diff´erents ´echantillons et report´ees sur le graphe IV.15. Mˆeme si la dispersion due `a la qualit´e des ´echantillons est loin d’ˆetre n´egligeable, l’effet d’automouvement est clairement mis en ´evidence sur ce graphe. Il pr´esente les r´esultats exp´erimentaux dans le r´ef´erentiel du transfert de spin. Cependant, les exp´eriences ´etant men´ee pour les deux polarit´es de courant (J > 0 et J < 0), les diff´erentes sym´etries du probl`emes ont ´et´e v´erifi´ees. Seul le champ de nucl´eation n’a jamais ´et´e invers´e ce qui aurait renvers´e le sens de d´eplacement en fonction de la polarit´e du cœur de vortex puisque la pr´ecession de l’angle g´en´eralis´e aurait ´et´e invers´ee.

Pour conclure, on s’aper¸coit alors que non seulement une paroi qui se transforme peut effectuer un d´eplacement tr`es important (> 1 µm), mais qu’il peut aussi ˆetre

oppos´e `a l’action du courant. De plus une certaine corr´elation entre l’inclinaison et le sens de d´eplacement semble ressortir de se graphe. Cependant aucune g´en´eralit´e ne peut en ˆetre tir´ee puisque pour une mesure cette affirmation ne tient pas, ce constat ´etant aussi appuy´e par les calculs micromagn´etiques.

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Fig. IV.15: R´esultats des diff´erents d´eplacements par automouvement observ´es sur huit ´echantillons diff´erents. Les points pleins (vides) correspondent `a une ATW initiale dont l’inclinaison est dans le sens (oppos´e) au flux d’´electrons, c’est `a dire au transfert de spin.