5.2.1 Propri´et´es magn´etiques
Les principaux r´esultats de magn´etisme obtenus sur des films minces de cobalt d´epos´es sur une surface plane de cuivre (001) ont ´et´e mesur´es grˆace `a la diffusion Brillouin [13] et grˆace `a la technique de r´esonance ferromagn´etique [14]. Ces mesures permettant de d´eterminer les constantes d’anisotropie magn´etiques dans le plan du film K4 (anisotropie biaxiale) et celle hors du plan Kout (anisotropie uniaxiale). Les valeurs des constantes d’anisotropie sont regroup´ees dans le tableau 5.1. Dans ces ´etudes, les constantes d’anisotropie sont d´ecrites avec une contribution de volume KiV et une contribution de surface-interface KiSI qui s’´ecrivent :
Ki = KiV +1 dK
SI
i (5.1)
avec i = out ou 4 et d l’´epaisseur du film. En ´etudiant la variation de Kout et K4
en fonction de l’´epaisseur du film, les contributions de surface-interface et de volume peuvent ˆetre d´etermin´ees si ces derni`eres sont constantes avec l’´epaisseur.
La valeur n´egative de K4 montre que ces films pr´esentent deux axes de facile aimantation dans le plan de la surface selon les directions [110] et [110] et que l’axe [001] est quant `a lui difficile car Kout < 0. On note que les r´esultats de Krams et al. [13] et de Kowaleswski et al. [14] sont l´eg`erement diff´erents mais restent relativement
5. ´Etudes pr´ec´edentes sur les films de Co/Cu(001) et Co/Cu(11n) 113
dans le mˆeme ordre de grandeur. Des exp´eriences ont ´egalement ´et´e r´ealis´ees sur des films minces recouverts de 2 MC de cuivre. Ces mesures expos´ees dans la r´ef´erence [13] montrent que la pr´esence de deux monocouches de cuivre ne change pas la valeur de K4 tandis que celle de KSI
out varie. De cette observation sur les films de cobalt non recouverts et ceux recouverts de cuivre, il est alors possible d’extraire la contribution surfacique de Kout li´ee `a l’interface Co/Cu et `a la surface Co/vide : KI
out(Co/Cu) = 0, 15 erg.cm−2 et KoutS (Co/vide) = −1, 2 erg.cm−2 KSI = KS+ KI
. On en d´eduit que l’interface Co/vide favorise l’orientation de l’aimantation dans le plan tandis que l’interface Co/Cu contribue `a rendre facile la normale `a la surface. Exp´erimentalement, l’aimantation reste tout de mˆeme dans le plan, car le terme dipolaire et le terme biaxial K4 tendent `a ramener l’aimantation dans le plan.
5.2.2 Structure et morphologie
Le cobalt massif a une structure hexagonale compacte avec comme param`etre de maille a = 2, 51˚A et c = 4, 07˚A tandis que le cuivre est dans une structure cubique `a faces centr´ees (cfc) avec un param`etre de 3, 61˚A. Un tel substrat stabilise la structure cubique `a faces centr´ees du cobalt qui n’existe pas `a temp´erature ambiante. Si on suppose que le cobalt cfc `a la mˆeme distance premiers voisins que dans la structure stable hexagonale compacte R = 2, 505 ˚A
. Le param`etre de maille du cobalt serait a = 3, 54˚A. Ainsi un d´esaccord de maille de l’ordre de 2% existe donc entre le substrat et l’adsorbat. Les r´esultats d’EXAFS de surface [15] confirment les premiers r´esultats de diffraction d’´electrons [16][17][18] et de diffusion atomique thermique (Thermal-energy atomic scattering) [17]. Ces diff´erentes techniques indiquent que le cobalt est en ´epitaxie coh´erente sur le cuivre. Le grand avantage de l’EXAFS de surface est d’avoir la mˆeme pr´ecision sur les distances premiers voisins autour du cobalt dans le plan de la surface que sur les distances hors-plan. Le cobalt ´etire son param`etre de maille dans le plan et les mesures d’EXAFS [15] [20] montrent que la distance premier voisins autour des atomes de cobalt dans le plan (001) est ´egale `a 2, 55 ± 0, 01˚A c’est `
a dire celle du cuivre. Par contre, la longueur des liaisons premiers voisins hors-plan est ´egale `a 2, 50 ± 0, 01˚A. O. Heckmann et al. [15] ont montr´e que le cobalt avait cette structure t´etragonale `a faces centr´ees pour des d´epˆots de 2 MC `a 15 MC et que les films ´etaient d’une bonne qualit´e cristallographique i.e. tr`es peu d´esordonn´es. Le cobalt est par cons´equent contraint par le cuivre dans le plan (001) et la contraction du param`etre de maille perpendiculaire `a la surface peut s’expliquer dans le cadre de la th´eorie d’´elasticit´e des milieux continus [20].
Si la structure t´etragonale du cobalt est bien d´efinie, il n’en va pas de mˆeme pour le mode de croissance des films qui a ´et´e le sujet de nombreuses publications. Pour les
114 5. ´Etudes pr´ec´edentes sur les films de Co/Cu(001) et Co/Cu(11n)
d´epˆots sup´erieurs `a 2 MC, toutes les exp´eriences offrent des r´esultats concordant et montrent que la croissance du cobalt sur Cu(001) s’effectue couche par couche (crois-sance de type Frank Van der Merwe que l’on notera par la suite FM). La controverse porte surtout sur les premiers stades de croissance et notamment pour les d´epˆots inf´erieurs `a 2 MC. De mani`ere g´en´erale, les exp´eriences r´ealis´ees grˆace `a la spectrosco-pie Auger en suivant l’amplitude des pics du cobalt et du cuivre pendant la croissance concluent `a une croissance de type couche par couche d`es le d´ebut de la croissance [16][18]. Ces mesures sont souvent coupl´ees avec le suivi au cours du d´epˆot des os-cillations de l’intensit´e d’un pic de LEED (Diffraction d’´electrons lents) ou MEED (Diffraction d’´electrons de moyenne ´energie) ou RHEED (Reflection hight energy elec-tron diffraction) [16][18][17][21] qui indique ´egalement une croissance FM. L’utilisation de la microscopie `a effet tunnel (STM) confirme le mode FM pour les d´epˆot sup´erieurs `
a 2 MC, mais montre une l´eg`ere d´eviation de ce mode de croissance pour les d´epˆots inf´erieurs `a 2 MC pour lesquels on note l’apparition d’ˆılots de 2MC de haut [22][23]. D’apr`es l’analyse des images STM de Ramsperger et al. [22], 10% des atomes de cobalt sont sur la seconde couche pour un d´epˆot de 0,9 MC. Des exp´eriences de diffusion de rayons X photo´emissive r´esolue en angle (Angle Resolved X ray Photoemission Scat-tering) et de diffusion de rayons X en incidence rasante confirment cet ´ecart pour les faibles ´epaisseurs et montrent une croissance bien ordonn´ee couche par couche pour des d´epˆots sup´erieurs `a 2 MC [24] [25]. On peut ainsi conclure que cet ´ecart au mode couche par couche est trop faible pour ˆetre d´etect´e par la spectroscopie Auger.
En ce qui concerne les tous premiers stades de croissance ´etudi´es par STM, Fassben-der et al. [26], Nouvertn´e et al. [27], mettent en ´evidence l’inclusion d’atomes de cobalt dans la premi`ere couche de cuivre. Ces inclusions se font grˆace `a un ´echange atomique entre les atomes d´epos´es et les atomes du substrat. Bien que le cobalt soit immiscible dans le cuivre, le moteur de cet ´echange est probablement li´e `a l’´energie de surface du cobalt qui est sup´erieure `a celle du cuivre (γCo = 2550 mJ.m−2et γCu= 1850 mJ.m−2 [26]). Fassbender et al. estiment qu’un quart de la premi`ere couche est constitu´ee de cuivre et que la seconde n’en comporte plus que 5% [26]. Nouvertn´e et al. mettent ´egalement en ´evidence cet ´echange Co/Cu pour les premiers stades de croissance [27]. Ces derniers confirment grˆace `a des calculs th´eoriques de fonctionnelle densit´e le rˆole de ces atomes de cobalt enterr´es dans la premi`ere couche du substrat qui agissent comme des sites pr´ef´erentiels de nucl´eation des ˆılots de cobalt [27].
Ainsi, on peut alors conclure que le l´eger ´ecart `a la croissance de type couche par couche rencontr´e pour les d´epˆots de cobalt en dessous de 2 MC est sans doute li´e `a l’´echange Co/Cu qui g´ene la croissance FM d`es les premiers stades de croissance. Puis pour des ´epaisseurs sup´erieures `a deux monocouches, l’´echange entre le cobalt et le cuivre disparaˆıt et un mode de croissance couche par couche s’´etablit.
5. ´Etudes pr´ec´edentes sur les films de Co/Cu(001) et Co/Cu(11n) 115
Fig.5.1: Sch´ema repr´esentant une surface vicinale.