5.3.1 Propri´et´es magn´etiques
La litt´erature offre de nombreux exemples de mesures de propri´et´es magn´etiques effectu´ees sur des d´epˆots de cobalt r´ealis´es sur des surfaces vicinales de cuivre (11n). Toutes ces exp´eriences montrent que ces films pr´esentent un axe unique de facile ai-mantation qui est selon la direction [110] qui correspond `a la direction des bords de marches [28][29][30][31][34][35][37]. Les films pr´esentent encore la mˆeme anisotropie d’ordre 4 dans le plan que celle observ´ee sur les films Co/Cu(001) (axes faciles [110] et [110]). L’axe [110] est alors un axe difficile ”interm´ediaire” : il combine un caract`ere facile provenant de l’anisotropie de sym´etrie 4 avec un caract`ere difficile venant de l’anisotropie uniaxiale. Par la suite et par abus de langage, on parlera d’axe difficile. Il est `a noter que dans ces ´etudes, les substrats de cuivre ont un faible angle de coupe α par rapport au plan (001) et de larges terrasses (>`a 20 ˚A). La direction [110] est alors assimil´ee `a la direction [nn2] et elle est prise comme axe difficile (sch´ema 5.1).
Dans le mod`ele ph´enom´enologique Stoner-Wohlfarth expos´e dans le paragraphe 2.2, deux constantes d’anisotropie magn´etique sont d´efinies dans le plan de la surface : K4 est la constante de facile aimantation biaxiale et Ku est celle uniaxiale. Ces deux constantes sont d´etermin´ees, dans le cas des mesures magn´eto-optiques par effet Kerr, lorsqu’on applique un champ ext´erieur le long de l’axe difficile i.e. pour Co/Cu(11n) dans le plan de la surface perpendiculairement aux bords de marches. Un cycle typique selon l’axe difficile r´ealis´e sur Co/Cu(1 1 17) par Wulfhekel et al. est pr´esent´e sur le sch´ema 5.2 [28].
l’ori-116 5. ´Etudes pr´ec´edentes sur les films de Co/Cu(001) et Co/Cu(11n)
Fig. 5.2: Cycle Kerr obtenu selon l’axe difficile sur un film de 4 MC de Co d´epos´e sur Cu( 1 1 17) par Wulfhekel et al.
Echantillon (Ku− K4)V erg.cm−3 (Ku− K4)SI erg.cm−2 Co/Cu(1 1 17) Wulfhekel et al. [33] 7, 9.105 3, 0.10−2 Cu/Co/Cu(1 1 13) Krams et al. [34] 12, 5.10 5 −4, 2.10−2
Tab.5.2: Tableau r´ecapitulatif les contributions de volume et de surface de (Ku− K4) du cobalt sur diff´erentes surfaces de cuivre Cu(11n).
gine sur les cycles Kerr obtenus selon l’axe difficile en fonction de l’´epaisseur de cobalt sur Cu(1 1 17) (figure 5.2). La pente `a l’origine est proportionnelle `a (Ku− K4) (cha-pitre 2.2, ´equation 2.11). D’apr`es l’´equation 5.1, il est alors possible de s´eparer les contributions de volume (Ku− K4)V et de surface-interface (Ku− K4)SI en ´etudiant la variation de (Ku− K4) × d en fonction de l’´epaisseur du d´epˆot d. Nous compare-rons ces r´esultats avec ceux de Krams et al sur Co/Cu(1 1 13) obtenus par diffusion Brillouin [34] (tableau 5.2).
Les contributions de volume de (Ku− K4) pour les deux types de substrat sont du mˆeme ordre de grandeur. Seul un signe n´egatif de la composante de surface-interface obtenue par Krams sur Co/Cu(1 1 13) est `a noter. Cette valeur n´egative de (Ku− K4)SI est sans doute li´ee au fait que les films Co/Cu(1 1 13) aient ´et´e re-couverts de cuivre pour ˆetre ´etudi´es ex situ.
D’autres exp´eriences ont ´et´e r´ealis´ees sur des films de cobalt d´epos´es sur des ´echantillons de cuivre (001) courb´es [30][31][37]. Ce type de substrats pr´esente des largeurs de terrasses variables selon l’endroit de l’´echantillon (sch´ema 5.3). Kawakami et Qiu montrent que Hs varie lin´eairement avec l’angle de coupe α [30] [31][37], Hs
5. ´Etudes pr´ec´edentes sur les films de Co/Cu(001) et Co/Cu(11n) 117
Fig. 5.3: Repr´esentation sch´ematique d’un cristal (001) courb´e.
´etant le d´ecalage observ´e entre les deux boucles d’hyst´er´esis sur les cycles Kerr obtenus selon l’axe difficile (figure 5.4). Cette lin´earit´e de Hsen fonction de α est observ´ee pour des substrats ayant un angle de coupe inf´erieur `a 6◦ et est attribu´ee `a des effets de liaisons manquantes aux bords de marches. En effet, ils montrent grˆace `a des calculs que pour les petits angles de coupe, l’anisotropie de N´eel varie lin´eairement avec α. Ils en concluent que l’origine de l’anisotropie uniaxiale est principalement due `a la surface et aux liaisons rompues et non `a des ph´enom`enes magn´eto´elastiques.
D’autres ´etudes de propri´et´es magn´etiques concernant des films Co/Cu(11n) re-couverts par une faible quantit´e de cuivre inf´erieure `a la monocouche montrent des r´esultats diff´erents. En effet, sur de tels syst`emes, l’anisotropie magn´etique est toujours uniaxiale mais l’axe facile n’est plus selon la direction [110] mais selon [110] c’est `a dire perpendiculairement aux bords de marches [29][38]. Weber et al. montrent mˆeme qu’il existe une ´epaisseur critique de cuivre `a partir de laquelle l’axe facile revient le long de la direction [110]. Kawakami et al. montrent que les tr`es faibles d´epˆots de cuivre pro-voquent une diminution de Hs [30]. Ils mettent en ´evidence que cette d´ecroissance est due aux atomes de cuivre d´epos´es le long des bords de marches. Une telle exp´erience souligne donc le rˆole primordial jou´e par les atomes de bords de marches et confirme le fait que l’anisotropie magn´etique uniaxiale est principalement due `a la faible coor-dinence des atomes de cobalt situ´es aux bords de marches.
Ainsi de mani`ere br`eve, la litt´erature explique l’existence de l’anisotropie magn´eti-que uniaxiale rencontr´ee sur des films Co/Cu(11n) principalement par une anisotropie de type N´eel. Cette explication est souvent donn´ee de mani`ere qualitative car peu de calculs d’anisotropie avec le mod`ele de N´eel sont compar´es avec des mesures de magn´etisme. Certains auteurs attribuent ´egalement cette anisotropie uniaxiale `a des relaxations structurales privil´egi´ees le long des bords de marches [34].
118 5. ´Etudes pr´ec´edentes sur les films de Co/Cu(001) et Co/Cu(11n)
Fig. 5.4: D´etermination de Hs sur les cycles Kerr obtenus selon l’axe difficile [110] d’un film de 8 MC de Co sur Cu(001) courb´e (Kawakami et al.).
n’a ´et´e men´ee sur les films de Co/Cu(11n). Seul Weber et son ´equipe ont effectu´e des mesures de Kerr pendant la croissance du cobalt sur un substrat de cuivre (001) pr´esentant un faible angle de coupe de 0,1◦ [40]. Un tel substrat poss`ede de larges terrasses d’environ 1000˚A. Ils montrent que la valeur de Hs d´etermin´ee selon l’axe difficile oscille au cours de la croissance avec une p´eriode d’une monocouche (figure 5.5). Ces oscillations sont identiques `a celles observ´ees en RHEED [40]. L’origine des variations de Hs est alors attribu´ee aux relaxations de la structure du cobalt lors de sa croissance pseudomorphique sur le cuivre (001).
5.3.2 Morphologie
La litt´erature offre peu d’articles sur la morphologie des films minces de cobalt d´epos´es sur des surfaces vicinales de cuivre (11n). Les deux ´etudes rencontr´ees ont ´et´e r´ealis´ees par STM sur des films minces de cobalt sur Cu (1 1 17) [32] et sur un substrat ayant un angle de coupe de 3,4◦ [22]. Cu (1 1 17) est un substrat pr´esentant des terrasses d’orientation (001) s´epar´ees par des marches monoatomiques. La largeur des terrasses est de 172 distances interatomiques ce qui repr´esente une largeur de 21,7 ˚
A. Pour le second substrat, que l’on notera Cu(3,4◦), la largeur moyenne des terrasses ´egalement d’orientation (001) est de 30 ˚A environ.
5. ´Etudes pr´ec´edentes sur les films de Co/Cu(001) et Co/Cu(11n) 119
Fig. 5.5: Mesures de Hs effectu´ees par Weber et al. pendant le d´epˆot de cobalt sur une surface de cuivre (001) ayant un angle de coupe de 0,1◦. Les oscillations de Hs au cours de la croissance sont attribu´ees `a des relaxations du cobalt lorsque la couche
est incompl`ete.
Ramsperger et al. [22] montrent que d`es les faibles taux de couverture, 0,5 MC de cobalt sur Cu(3,4◦), il y a destruction du r´eseau de marches et formation de larges ˆılots d’environ 20 `a 50 ˚A de diam`etre. Ces ˆılots sont sans doute form´es de cuivre et de cobalt. Une telle morphologie, ne reproduisant pas le r´eseau r´egulier de marches du substrat, indique que la croissance sur les surfaces vicinales de cuivre s’´ecarte fortement du mod`ele couche par couche. Pour les d´epˆots de 2 MC de Co/Cu(3,4◦), les ˆılots s’allongent dans la direction [110] parall`ele aux bords des marches.
Les travaux de Giesen et al. [32] pr´esentent des images de films de Co/Cu(1 1 17) `
a partir de 2,6 MC de cobalt. Pour 2,6 MC, le r´eseau de marches est fortement ondul´e. Plus l’´epaisseur augmente plus les bords de marches se lissent. A 15 MC, les images montrent des marches relativement droites mais cependant plus ondul´ees et plus larges que celles du substrat initial.
Ces r´esultats d’´etude de morphologie indiquent que le d´epˆot de cobalt sur des surfaces vicinales perturbe fortement le substrat. Le cuivre ne reste pas fig´e mais subit une r´eorganisation. Giesen et al. [32] montrent ´egalement que la spectroscopie Auger n’est pas sensible `a cette restructuration du cuivre car les spectres Auger obtenus pour des d´epˆots identiques de cobalt sur Cu(001) et Cu(1 1 17) sont similaires.