Résonance ferromagnétique dans un alliage Fe-Ni sous forme de couches minces

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Submitted on 1 Jan 1961

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Résonance ferromagnétique dans un alliage Fe-Ni sous forme de couches minces

A. van Itterbeek, J. Smits, G. Forrez, J. Witters

To cite this version:

A. van Itterbeek, J. Smits, G. Forrez, J. Witters. Résonance ferromagnétique dans un alliage

Fe-Ni sous forme de couches minces. J. Phys. Radium, 1961, 22 (1), pp.19-22. �10.1051/jphys-

rad:0196100220101900�. �jpa-00236399�

RÉSONANCE FERROMAGNÉTIQUE ^{DANS UN} ALLIAGE Fe-Ni SOUS FORME DE COUCHES MINCES

Par A. VAN ITTERBEEK, ^J. SMITS, G. FORREZ et J. WITTERS,

Institut voor Lage Temperaturen ^en Technische Fysica, ^Leuven (Belgie).

Résumé.

Utilisant un spectromètre ^{à ondes} centimétriques nous avons étudié les raies de résonance de plusieurs films obtenus _par évaporation ^du permalloy C, ^sous vide, ^{sur un} support

en verre. Le facteur g ^et l’induction sont calculés à partir ^des grandeurs mesurées. On a observé l’influence d’un traitement à haute température ^sur les facteurs suivants : la forme de la raie, ^la valeur du champ magnétique de résonance et la valeur de l’induction.

Abstract.

Using ^{a microwave} spectrometer ^we have studied the ferromagnetic ^{resonance of} films, obtained byvacuum evaporation Permalloy C, ^{on a} glass layer. ^The g-factor and the induc- tion are calculated from the measurements. The influence of annealing is studied on the follo- wing factors : the lineshape, ^{the value of the resonance} field and the value of the induction.

LE

JOURNAL

PHYSIQUE

^RADIUM 22, 1961,

1. Introduetion. - Poursuivant nos recherches

sur la résonance ferromagnétique d0 couches minces dont les premiers ^{résultats furent} publiés ^récem-

ment dans ce même journal [1] nous avons perfec-

tionné notre appareillage ^{de sorte} que la déter- mination de la valeur du champ de résonance est

plus précise. ^{Ceci nous a} permis de calculer les valeurs du facteur g ^et de l’induction pour les diffé- rentes couches. Dans nos mesures antérieures nous

avions observé l’apparition ^{de raies} doubles de réso-

nance. Dans le présent ^travail nous en avons étudié les causes.

Les films sont obtenus par évaporation ^du per-

malloy C, ^{mis à notre} disposition par le « Vacuum Schmelze Aktiengeselschaft

^{de Hanau} (Alle- magne). Après ^une première mesure, les films sont soumis à un échauffement de 300 ~C à 500 ~C

pendant ^des temps différents. Ceci ^se fait également

sous vide. Les mesures faites après ^{ce traitement}

nous donnent une indication importante ^concer-

nant l’influence de cet échauffement sur les pro-

priétés magnétiques ^de l’alliage.

2. Dispositif expérimental.

^La figure ¹ repré-

sente le schéma du dispositif expérimental. ^Le klystron ^{fournit une} fréquence ^{de 9 230} MHz, ^sta-

bilisée par ^un stabilisateur IF de Pound dont l’oscil- lateur à 9,5 ^{MHz est} piloté par ^un crystal ^ther-

mostatisé. Après détection le signal ^{de basse fré-}

quence (64 Hz) ^est appliqué à l’entrée d’un ampli-

ficateur sélectif de Bruel et Kjaer, qui précède ^un

détecteur de phase.

Le champ magnétique ^constant (Hc) ^{est livré}

par ^un électro-aimant Oerlikon à basse résistance,

alimenté par ^une dynamo, dont l’excitation pro- vient d’une deuxième dynamo. ^{Celle-ci est} placée

sur le même axe et nous en réglons ^{le courant}

d’excitation au moyen d’un hélipot ^{de 200 ohms}

et 40 tours.

La disposition ^{est telle} que Tic ^est perpendi-

citlaire au champ magnétique ^{HF. Le} champ ^alter-

natif (hr ^{cos de} modulation est livré par ^un

FIG. 1.

alternateur de 64 Hz. Les films sont toujours placés parallèlement ^au champ magnétique HF,

tandis que l’orientation par rapport ^au champ ^ma- gnétique constant est variable. L’erreur relative des mesures est de 3 %. ^Elle provient ^essentiel-

lement de l’incertitude de la relation entre le cou-

rant et le champ magnétique produit par l’électro- aimant.

3. Les échantillons.

Les couches métalliques

sont déposées ^{dans un} appareil ^{construit au labo-}

-

ratoire et qui fut décrit antérieurement [2]. ^La

poinpe à diffusion fournit un vide de 10-6 min Hg ; pendant l’évaporation, ^{le vide est} supérieur ^à

10-5 mm Hg. ^Une lamelle en verre sert de support.

Elle a les dimensions suivantes : 15 X 3 X 0,6 ^mm3-

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:0196100220101900

20

L’épaisseur ^{des films est} déterminée parla ^méthode

de Tolansky. ^{Elle varie entre} 1 000 et 2 160 Á, ^{c 3}

qui correspond ^{donc à une} quantité ^{de métal de 40}

à 85 microgrammes.

Les résultats.

1. VALEUR DU CHAMP DE RÉSO-

NANCE.

Le tableau 1 donne les résultats expéri-

mentaux quant ^au champ magnétique ^{de réso-}

nance dans deux orientations du film : .H1 ^{est le} champ de résonance pour ^la position parallèle ^au champ magnétique constant, H 2 pour ^la position perpendiculaire.

TABLEAU 1

(*) Ces films furent oxydés pendant le traitement à haute température ^{et il était} donc devenu impossible ^d’en

déterminer l’épaisseur. Une estimation basée sur la quantité

de métal évaporé ^{a donné : 1 000} Â.

(**) ^La signal ^est trop ^faible pour déterminer la valeur du champ ^{de résonance.}

Les valeurs du champ magnétique de résonance sont données par ^{les deux} conditions de réso-

nance [3] correspondant ^aux deux orientations

(Hc ^est suivant l’axe _z, qui correspond ^{à l’orien-}

tation du champ magnétique constant).

w/2n ^{= v :} fréquence correspondante ^{à une} absorption maximale ;

Mz : magnétisation maximum dans la direction du champ magnétique ^constant H, (resp. H2).

La dispersion ^{des résultats} dépasse ^la précision

des mesures et doit donc être attribuée à des diff é-

rences dans la structure des films.

Dans le cas où il n’y ^a pas de raison spéciale qui

donne lieu à une déformation de la raie, ^sa largeur

mesurée entre les points d’inflection est de 50 0152.

Pour un film de fer _{pur, que} nous avons mesuré pour comparaison ^cette largeur ^{est de 350 (E.}

2. CALCUL ^DE _g ET DE A partir ^des

deux valeurs du champ magnétique H1 ^et H2, ^on peut ^calculer g ^et 4RMs ^au moyen des formules suivantes :

g : représente ^comme d’habitude le facteur de

Landé ;

y : rapport gyromagnétique.

On obtient ces formules en éliminant ^ú) entre les formules (1) ^et (2), ^{sous condition} que ^la magné-

tisation Ma atteint, ^{dans les} deux cas, ^sa valeur de saturation Me, ^ce qui ^est certainement vrai. Pour le calcul nous avons pris les valeurs des constantes

physiques ^suivantes [4] :

Le magnéton ^{de Bohr :}

de sorte que

La fréquence ^{est :}

donc :

Le résultat de ces calculs est donné dans le tableau T~T.

TABLEAU II

La valeur de g correspond ^{aux valeurs données}

dans la littérature (en moyenne g varie ^entre 2,07

et 2,20) [4], ^ce qui confirme la fidélité de nos mesures en tenant compte des limites des erreurs

d’observation. Si l’on compare les valeurs de 4RMs ou Bs ^{aux données} disponibles pour les alliages

Fe-Ni (j:: ⁸ 700 - * ¹⁰ 800) [5], ^on remarque ^des

différences. Ces différences doivent être attribuées à des défauts de structure et à des tensions dans les films. Ce sont ces facteurs qui, ^{entre autres,}

ont une influence sur Bs.

3. INFLUENCE DU TRAITEMENT A HAUTE TEMPÉ-

RATURE.

Le traitement à haute température que l’on opère pour obtenir les alliages ^dits

per-

malloy » ^{a nettement} pour but d’annihiler les défauts et d’augmenter ^{ainsi la valeur de Ceci}

est confirmé expérimentalement, ^{comme montre le}

tableau III.

TABLEAU III

On remarque que ^les valeurs ainsi obtenues pour 4RMs ^se rapprochent ^{d’autant plus de celles}

du permalloy que la température ^est plus ^haute

et que la durée du traitement ^est plus longue.

FIG. 2.

Spectre d’absorption ^d’ondes centimétriques

dans un film de permalloy ^{sur un} support ^{en verre ; -,} épaisseur ^{du film : 2 160} A).

4. ANISOTROPIE. - Quand ^{l’état de tension n’est}

pas le même à travers tout le film, ^ceci peut

donner lieu à des conditions de résonance diffé- rentes pour la surface libre du film et pour celle

qui ^{est en contact direct avec le} support. ^Une

tension peut apparaître par ^suite de la différence entre les coefficients de dilatation du métal évaporé

et du support ^{en verre.} D’autres chercheurs ont

également ^{trouvé une} différence entre la condition de résonance pour ^la surface libre du film et pour celle qui ^{est attachée au} support. Ainsi pour du

nickel, ^Griffiths [6] ^{trouve une} différence du champ magnétique de résonance de 400 ~. Dans nos

expériences ^{les deux} régions ^{se trouvent en même} temps ^{dans le} champ magnétique ^{HF et nous}

observons simultanément deux raies de résonance.

Dans la figure ^{2 ce} phénomène ^{est illustré pour le}

film no 2. Le maximum le plus ^élevé correspond,

comme montre la valeur du champ magnétique (l. 011 OE), ^{à la résonance} principale, tandis que l’autre raie de résonance est causée dans la région

en contact direct avec le support. ^{La distance}

entre les deux maxima est de 324 0152.

Pour contrôler cette hypothèse nous avons fait

3.

Raie de résonance après traitement de 7 h

à une température ^{de 370 OC,}

22

- OE

Fie. 4.

Raie de résonance

après ^{un deuxième} traitement de i h à 500 °C.

quelques expériences ^{sur le} traitement à haute tem-

pérature. Après ^un traitement de 7 h à 370 oC,

suivi d’un refroidissement très lent (fournace cooling) ^{la raie} de résonance devient celle de la

figure 3. On remarque ^la diminution de la raie

’

supplémentaire ^{et le} déplacement ^{vers les} champs plus petits. Après ^{un deuxième} traitement de 7 h à 500 °C avec le même procédé ^de refroidissement,

la courbe a perdu ^son deuxième maximum (fige 4).

A la fin de cet article nous tenons à remercier l’Union Minière du Haut-Katanga, ^ainsi que ^le Centre Interuniv 3rsitaire de Recherches Nucléaires pour leur aide financière au cours de ces recherches.

’

Manuscrit reçu le ¹⁴ octobre 1960.

RÉFÉRENCES [1] VAN ITTERBEEK (A.), ^FORREZ (G.), ^SMITS (J.) ^et

WITTERS (J.), ^J. Physique Rad., 1960, 21, 81.

[2] VAN ITTERBEEK (A.) ^{et DUPRÉ} (A.), ^J. Physique Rad., 1958, 19, ^133.

[3] ^KITTEL (C.), Phys. Rev., 1946, 70, 281-290, Phys. Rev., 1948, 73, 155-161.

[4] ^KITTEL (C.), Introduction to Solid State Physics, Wiley New-York, 1956. KITTEL (C.), ^J. Physique ^Rad.

1951, 12, ^291.

[5] ^BOZORTH (R ), Ferromagnetism, ^Van Nostrand, ^Lon- don, 1951, ^870.

[6] ^GRIFFITHS (J.), Physica, 1951, 17, 253.