Mesures d’aimantation : résumé

L’étude des courbes d’aimantation révèle que seuls les échantillons C-350 ont un axe de facile aimantation perpendiculaire au plan de la couche mince. Les autres échantillons ont leur axe de facile aimantation dans le plan. L’analyse quantitative des courbes d’aimantation a permis d’évaluer la constante d’anisotropie magnétique uniaxiale des différents échantillons (Table III.1). La figure III.24 résume les résultats des modèles micromagnétiques, appliqués à nos échantillons. Ces modèles envisagent la formation de domaines magnétiques dans les échantillons C-350 (largeur 64 nm pour une épaisseur de 50 nm) ainsi que dans les échantillons C/C-TEMPS, pour une épaisseur supérieure à 33 nm (la largeur des rubans est égale à 37 nm pour une épaisseur de 50 nm).

type d’échantillon K_u (106 _erg/cm3_{) K} ˆ _{= Ku 2πMs}2 _{épaisseur h (nm)}

C-TA 0.7 (±1) 0.11 50

C-TA/R-420 _{1.1 (±1)} 0.17 50

C/C-TEMPS 2.6 (±1) 0.39 50

C/C-RHEED 3.8 (±1) 0.57 10

C-350 10.3 (±1) 1.55 50

Table III.1 : Constantes d’anisotropie uniaxiale Ku

0 20 40 60 80 100 0 0,5 1 1,5 2 E p ai ss e u r (n m ) Constante d'anisotropie C/C-TEMPS C/C-RHEED configuration en rubans aimantation aimantation aimantation aimantation planaire planaireplanaire planaire C-350 C-TA C-TA/ R-420 configuration en domaines élargissement des parois

aimantation hors du plan aimantation hors du plan aimantation hors du plan aimantation hors du plan

ˆ

K = K

2πM

Fig. III.24 : Cette figure donne la configuration magnétique prédite par les modèles, en fonction de l’épaisseur de la couche mince et de l'anisotropie uniaxiale du matériau (pour

A=6.9×10−7erg / cm et M_s =1030emu / cm3). La frontière entre l'aimantation

planaire et la configuration en rubans est le résultat du modèle de Sukstanskii et Primak [SUK 97] ; la transition entre la configuration en rubans et celle en domaines est continue (lorsque l'anisotropie augmente, la largeur des parois se réduit progressivement). Les points représentent les couches minces d'alliage FePd élaborées suivant les différentes procédures.

C - Imagerie des domaines magnétiques par

Microscopie à Force Magnétique

1) Principe

La Microscopie à Force Magnétique (MFM) fait partie des microscopies dites à “ champ proche “ : elle consiste à mesurer les forces d’interaction entre une pointe qui se déplace au dessus de la surface de l’échantillon, et la surface elle-même. La Microscopie à Force Magnétique utilise une pointe recouverte d’un matériau magnétique, qui est donc sensible au champ de fuite émanant d’un échantillon magnétique. La possibilité de visualiser par cette technique des domaines magnétiques de petite taille dans des échantillons de très faible épaisseur a été démontrée récemment [BOC 95, HEH 96a]. Nous avons utilisé des pointes en silicium recouvertes d’alliage CoCr fournies par la compagnie Digital. Le Nanoscope IIIA de Digital Instrument a été utilisé dans le mode ac : le cantilever supportant la pointe oscille à haute fréquence (typiquement 60-70 kHz) pendant qu’il se déplace au dessus de la surface de l'échantillon. Les décalages de fréquences dus aux interactions magnétiques à longue distance sont en principe proportionnels à la dérivée seconde, par rapport à la direction d’oscillation de la pointe, du champ local au centre de courbure de la pointe*_{. Ce mode de fonctionnement permet}

d’obtenir un bon rapport signal sur bruit. Cependant, la vraie structure magnétique n’est en général pas facile à retrouver. Dans le cas simple d’une aimantation perpendiculaire, les régions claires et sombres correspondent aux domaines magnétiques dans lesquels l’aimantation pointe vers l’une ou l’autre des faces de la couche mince.

Pour les faibles épaisseurs, les mesures ont été faites dans le mode “ entrelacé “ développé par Digital Instrument. Chacune des lignes qui formeront l’image finale est balayée deux fois. Lors du premier passage, effectué dans le mode “ tapping “, la pointe touche la surface à chaque période de l’oscillation : l’interaction entre la pointe et la surface est alors dominée par les forces de contact (répulsion coulombienne) et ce passage permet de définir la topographie de la surface. La tension fournie au composant piézo- électrique qui commande le déplacement en z de l’échantillon, est asservie sur l’amplitude d’oscillation du cantilever. L’image topographique est formée par la conversion en nanomètres des tensions appliquées au composant piézo-électrique. Pour le second passage, le cantilever est levé à une hauteur de 25 à 30 nm au dessus de la surface. Cette hauteur est choisie pour optimiser la mesure. Le cantilever suit la topographie précédemment enregistrée. A cette hauteur, il est désormais sensible aux forces d’interaction à longue distance, dans notre cas les forces d’origine magnétique. L’image est formée par la phase du mouvement d’oscillations du cantilever, dont les variations sont plus rapides avec les variations du gradient de force qu’avec celles de l’amplitude.

Cependant, ce mode n’a pas pu être utilisé pour les plus petits domaines observés aux plus fortes épaisseurs. En fait, le champ créé par la pointe pendant le premier passage proche de la surface est maintenant suffisamment fort pour perturber la configuration magnétique et introduire des déplacements de parois de domaines magnétiques. A notre avis, ceci est possible en raison de la petite taille des domaines. Dans le cas des petits

* _{Ce régime suppose que la pointe se comporte comme un dipole parfait. En fait, les pointes ont un}

domaines magnétiques observés aux plus fortes épaisseurs, nous avons donc réalisé les mesures dans un mode complètement “ non contact “. En utilisant des valeurs de gain faibles pour la boucle de rétroaction contrôlant la hauteur de vol du cantilever et en choisissant un point de contact à la limite du décrochage, le cantilever se déplace à une hauteur presque constante pendant que les forces successivement attractives et répulsives créées par les petits domaines magnétiques changent rapidement et sont moyennées. Ce type de mesure a été possible grâce à la planéité des échantillons. La hauteur de vol peut être estimée par le déphasage de l’oscillation du cantilever et elle est similaire à celle utilisée pour l’observation des grands domaines aux faibles épaisseurs dans le mode “ entrelacé “, c’est-à-dire de l’ordre de 25 à 30 nm.