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ÉTUDE DES PERTES PAR HYSTÉRÉSIS OSCILLANTE DANS DES COUCHES MINCES
MULTIPLES AVEC COUPLAGE FERRO-ANTIFERROMAGNÉTIQUE
Mme Schlenker
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Mme Schlenker. ÉTUDE DES PERTES PAR HYSTÉRÉSIS OSCILLANTE DANS DES COUCHES MINCES MULTIPLES AVEC COUPLAGE FERRO-ANTIFERROMAGNÉTIQUE. Journal de Physique Colloques, 1968, 29 (C2), pp.C2-157-C2-165. �10.1051/jphyscol:1968223�. �jpa-00213538�
JOURNAL DE PHYSIQUE Colloque C 2, supplément au no 2-3, Tome 29, Février-Mars 1968, page C 2-157
ÉTUDE DES PERTES PAR HY STÉRÉSIS OSCILLANTE DANS DES COUCHES MINCES MULTIPLES AVEC COUPLAGE FERRO-ANTIFERROMAGNÉTIQUE
par M m e C. SCHLENKER
Laboratoire d'Electrostatique et Physique du Métal B. P. 319. Grenoble
Résumé. - Les pertes par hystérésis oscillante, définies par L. Néel [SI, sont relatives à un échantillon placé dans un champ magnétique de grandeur constante, oscillant angulairement entre deux directions fixes faisant entre elles un angle y. On a étudié ces pertes en fonction de y, sur des couches minces à anisotropie uniaxiale et sur des couches minces multiples présentant un couplage ferro-antiferromagnétique. Dans ce dernier cas, on interprète les résultats au moyen du modèle de L. Néel de régions antiferromagnétiques dont les orientations des directions faciles sont distri- buées d'une manière isotrope dans le plan de la couche [SI.
Abstract. - The oscillating hysteresis losses, studied theoretically by L. Néel [l], are defined relative to a sample in a magnetic field of constant magnitude, the direction of which oscillates between two angular limits, O and y. We have studied these losses as a function of y on thin films with uniaxial anisotropy and on multiple thin films which exibit ferro-antiferromagnetic coupling.
In the second case, the results are interpreted in terms of the mode1 of L. Néel which assumes that one has antiferromagnetic regions whose easy axes are distributed isotropically in the plane of the film [l].
Introduction. - L'hystérésis oscillante a été défi- nie par L. Néel [l] et est relative à un échantillon placé dans un champ magnétique de grandeur constante, oscillant angulairement entre deux directions fixes faisant entre elles un angle iI/. Elle se distingue donc de l'hystérésis alternative relative à un champ alternatif et de l'hystérésis de rotation relative à un champ tour- nant toujours dans le même sens.
Nous nous sommes proposé d'étudier les pertes d'énergie par hystérésis oscillante dans des couches minces comprenant une couche ferromagnétique et une couche antiferromagnétique en contact. Nos
Le cycle d'hystérésis obtenu dans la direction du champ appliqué pendant le refroidissement est dissy- métrique par rapport à l'axe des aimantations et la courbe de couple magnétique mesuré dans un champ supérieur au champ d'anisotropie du matériau ferro- magnétique comprend une composante de Fourier en sin 0 ; 0 est l'angle entre le champ appliqué pendant le refroidissement et le champ de mesure. Ces deux résultats constituent l'anisotropie dite cc unidirection- nelle )) ou anisotropie d'échange [2]. Cette dernière se superpose à l'anisotropie uniaxiale et les axes d'anisotropie sont communs.
échantillons sont des couches polycristallines de
cobalt ou de nickel à anisotropie uniaxiale induite, a L'hystéréis de rotation persiste en champ supé- oxydées superficiellement et sont donc du type Co-Co0 rieur au champ d'anisotropi: du matériau ferroma- ou Ni-NiO. Les oxydes C o 0 et N i 0 sont antiferroma- gnétique, contrairement à ce qu'on observe dans les gnétiques et ont respectivement des points de Néel matériaux ferromagnétiques ordinaires.
de 1 8 0 ~ et 250 OC.* u n tel système -refroidi à une Les cycles d'hystérésis décrits successivement dans température inférieure au point de Néel de l'antiferro- la direction d'anisotropie commune se contractent.
magnétique en présence d'un champ magnétique satu- Si l'on appelle n l'ordre du cycle, cette contraction suit rant le ferromagnétique dans la direction facile peut une loi en 1/&, pour n compris entre 2 et environ 50 ; présenter les propriétés suivantes : l'écart entre les deux premiers cycles est beaucoup
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1968223
C 2 - 153 Mme C. SCHLENKER
plus grand que les suivants. Cette contraction s'accom- pagne d'une diminution du décalage de cycle [3] [4] [5].
Dans le cas du système Ni-NiO, le décalage du cycle d'hystérésis à - 180 OC disparaît généralement dès que quelques cycles ont été décrits et la composante de Fourier unidirectionnelle de la courbe de couple magnétique est faible ou même nulle ; d'autre part, on n'observe à 20 OC ni anisotropie unidirectionnelle, ni hystérésis de rotation bien que le point de transition de l'oxyde N i 0 soit de 250 OC [6].
L'anisotropie unidirectionnelle est liée à l'interaction d'échange qui existe à l'interface ferro-antiferromagné- tique. Lors du refroidissement du système au-dessous du point de transition T,, les moments magnétiques dans l'antiferromagnétique s'ordonnent en fonction de leur interaction avec ceux du ferromagnétique ; si I'anisotropie de I'antiferromagnétique est très forte à la température de mesure, ils vont rester bloqués dans la direction qui était privilégiée pendant le refroidissement, quel que soit l'état magnétique du ferromagnétique [2].
L'hystérésis de rotation provient au contraire de réorientations discontinues des moments magnétiques dans l'antiferromagnétique et est par conséquent une manifestation de l'hystérésis antiferromagnétique [2]
[SI.
La contraction des cycles d'hystérésis a aussi son origine dans l'hystérésis antiferromagnétique. La variation entre les deux premiers cycles s'interprète par analogie avec les propriétés de l'aimantation anhystérétique thermique d'un corps ferromagnétique et le rétrécissement des cycles ultérieurs par la présence de phénomènes de bascule et de reptation dans l7anti- ferromagnétique [5] [9].
Les couches multiples à couplage ferro-antiferro- magnétique ayant des propriétés d'hystérésis particu- lières, il semblait intéressant d'étudier sur ces couches l'hystérésis oscillante. Cependant, comme, à notre connaissance, aucune mesure d'hystérésis oscillante n'a encore été faite, nous donnons d'abord les résultats relatifs à une couche ferromagnétique à anisotropie uniaxiale.
Toutes les mesures sont faites au moyen d'une balance magnétique de torsion à 20 OC ou à - 180 OC.
Dans tous les cas on fait osciller angulairement le champ dont l'amplitude est constante, entre la direc- tion d'anisotropie de l%chantillon et une direction qui fait l'angle iI/ avec cette dernière dans le plan de la couche. L'aire limitée par la courbe de couple magné- tique décrite au cours d'une oscillation est propor- tionnelle aux pertes d'énergie W par hystérésis oscil- lante.
1. Couche ferromagnétique à anisotropie uniaxiale. -
A. ETUDE PRÉLIMINAIRE. - L'hystérésis de rotation relative à une couche ferromagnétique à anisotropie uniaxiale s'annule dès que le champ appliqué est supérieur au champ d'anisotropie. Il en est évidem- ment de même pour I'hystérésis oscillante et elle doit être étudiée en champ faible, inférieur au champ d'anisotropie.
On peut calculer la courbe W($) dans le cadre du modèle théorique de rotation cohérente de l'aimantation de Stoner et Wohlfarth 171. Le problème se ramène à l'étude des positions d'équilibre de l'aimantation en présence d'un champ tournant de grandeur constante et se résout graphiquement au moyen de la (( courbe critique » ou astroïde [a]. Si E est l'énergie d'une couche à anisotropie uniaxiale en présence d'un champ magnétique de grandeur H faisant l'angle Q,
avec l'axe facile et si O est l'angle de l'aimantation avec cet axe à l'équilibre, la courbe critique est le lieu des extrémités du vecteur H tel que : 6E/60 = d2 ~ 1 6 0 ~ = O (Fig. 1). Pour un champ appliqué H quelconque, on montre que l'aimantation J est parallèle à l'une des tangentes à la courbe critique issue de l'extrémité du vecteur H. Nous devons donc étudier la position des tangentes à l'astroïde issues des points du cercle
Direction facile
Direct ion difficile
FIG. 1. - Courbe critique pour une couche mince à anisotro- pie uniaxiale suivant le modèle de la rotation cohérente de l'aimantation.
ÉTUDE DES PERTES PAR HYSTÉRÉSIS OSCILLANTE dont le rayon est égal à l'amplitude du champ tour-
nant (Fig. 1). Si dans l'état initial, H est en OH, et J en OMO, pour une rotation du champ de OH, à OH,, l'aimantation tourne d'une manière continue et réversible de OMO à OM, ; au passage de H par OH,, elle saute de la direction OM, à la direction OM;, ce qui entraîne une perte d'énergie W. Puis elle tourne réversiblement de OM; en OM, lorsque H va de OH, en OH, ; il y a une nouvelle perte d'énergie w au pas- sage de H par OH,, puis rotation réversible pendant le mouvement de H de OH, en OH,. Pour le sens inver- se de rotation de H, le vecteur J subit des mouvements discontinus lorsque H est en OH, et OH,. Les pertes par hystérésis de rotation relatives à une rotation du champ de 3600 valent donc 2 W. Le rapport des pertes par hystérésis oscillante aux pertes par hystérésis de rotation est donné en fonction de l'amplitude $ de l'oscillation sur la figure 2 (courbe théorique) ; a est
FIG. 2. - Hystérésis oscillante d'une couche à anisotropie uniaxiale. W/ Wr en fonction de l'angle de l'oscillation.
- - - Courbe théorique calculée par le modèle de la rotation cohérente pour cc = 130°.
- Courbe expérimentale. Co-CoO, 20 OC, H = 15 Oe.
180 W
l'angle de OH, avec OH,. La quantité - - propor- tE/ w,
tionnelle aux pertes par unité d'angle k t donnée en fonction de iC/ sur la figure 3 (courbe théorique).
180 W
FIG. 3. - - - en fonction de l'angle de l'oscillation.
'Y Wr
---- Courbe théorique a = 130°.
- Courbe expérimentale. Co-CoO, 20 OC, H = 15 Oe.
B. RÉSULTATS. - Les couches de cobalt oxydées superficiellement ont à 200C les mêmes propriétés que les couches non oxydées, l'oxyde C o 0 étant à cette température paramagnétique. Nous avons donc étudié les propriétés d'hystérésis d'une telle couche à 20 OC puis à - 180 OC.
1 Wr lunités arbitraires)
FIG. 4. - Hystérésis de rotation. Wr en fonction du champ magnétique. Co-CoO, 20 OC.
La figure 4 donne la courbe W,(H) à 20 OC de l'échantillon choisi ; l'hystérésis oscillante a été mesu- rée pour H = 15 Oe, valeur qui correspond à un point voisin du maximum de cette courbe. La figure 5 est la courbe de couple pour une oscillation correspondant à iC/ = 3600. Les résultats sont portés sur les figures 2 et 3 (courbes expérimentales). Conformément aux prévisions théoriques l'aimantation tourne réversible- ment jusqu'à des valeurs de @ supérieures à 90°. La rotation irréversible a lieu ensuite moins brusquement
C 2 - 1 6 0 Mme C. SCHLENKER
FIG. 5. -Couple en fonction de la position du champ magnétique. Oscillation de 360°. Co-CoO, 20 OC, H = 15 Oe.
que ne le prévoit le modèle et se poursuit même, bien que faiblement, au-delà de @ = 1800, puisque les paliers de la courbe expérimentale W/Wr ne sont pas horizontaux (Fig. 2). Cependant, l'hystérésis
oscillante devient égale à l'hystérésis de rotation 180 W pour une valeur de (Fig. 3) présente, comme la courbe théorique, des @ voisine de 1800. La courbe - * - wr
segments presque verticaux, mais les valeurs des maximums et minimums sont éloignées des valeurs théoriques, puisque les processus irréversibles ne sont pas aussi brusques que dans le modèle de Stoner et Wohlfarth.
Les écarts entre les résultats théoriques et expéri- mentaux sont dus à la dispersion des axes d'anisotropie
uniaxiale des différentes régions de la couche et à la création de parois de domaines au cours de la rotation d u champ magnétique.
Nous limiterons à cet exemple l'étude de l'hystérésis oscillante sur des couches à anisotropie uniaxiale.
Il semble qu'on puisse obtenir par cette méthode des renseignements intéressants sur les processus de rota- tion de l'aimantation en champ tournant.
II. Couche multiple avec couplage ferro-antiferrs- magnétique. - L'une des propriétés caractéristiques des couplages ferro-antiferromagnétiques étant la per- sistance de l'hystérésis de rotation en champ fort, supérieur au champ d'anisotropie du matériau ferro- magnétique, nous nous attacherons surtout à l'étude de l'hystérésis oscillante en champ fort ; les propriétés d'hystérésis doivent alors être attribuées à la présence de la couche antiferromagnétique et par conséquent à des mouvements discontinus et irréversibles des moments magnétiques qui ont lieu à l'interface des deux matériaux et dans la couche antiferromagnétique ; il est en effet probable qu'au moins la plus grande partie de l'aimantation de la couche ferromagnétique suit la rotation du champ d'une manière réversible.
Cependant, dans le cas des couches Co-CoO, on
observe simultanément une anisotropie unidirection- nelle et de l'hystérésis de rotation, qui sont deux effets de nature différente ; la présence de l'anisotropie unidirectionnelle implique que les moments antiferro- magnétiques restent bloqués ou effectuent des oscilla- tions réversi5les de faible amplitude autour de la direction privilégiée lorsque le champ et l'aimantation ferromagnétique tournent ; les pertes par hystérésis impliquent au contraire qu'ils effectuent des mouve- ments irréversibles. Il doit donc exister dans les couches deux sortes de régions, les unes donnant naissance à l'anisotropie unidirectionnelle, les autres à l'hystérésis de rotation. L'étude des pertes par hystérésis ne peut nous donner des renseignements que sur les dernières.
L. Néel a étudié théoriquement l'équilibre des moments magnétiques dans une couche ferromagné- tique ou antiferromagnétique à anisotropie uniaxiale, puis dans une couche multiple [Il.
Nous rappellerons d'abord les résultats de son étude relatifs à une couche ferromagnétique en contact avec une couche antiferromagnétique.
A. RAPPEL DES RÉSULTATS THÉORIQUES DE L. NÉEL. - Considérons [l] une couche mince antiferromagné- tique à anisotropie uniaxiale, composée de n plans atomiques aimantés parallèlement au plan de la couche, les plans voisins étant aimantés en sens contraire.
Soit 0,/2 l'angle du moment magnétique m, de la p-ième couche atomique avec la direction facile.
Supposons qu'un couple T, soit exercé sur le moment m, de la couche extrême, aucun couple n'étant appliqué sur m,. On montre que l'angle 8, satisfait aux relations :
do --
- - - p = n JKCjÏ
5:: Jcos O , - cos O
K est la constante d'anisotropie magnétocristalline par unité de surface d'un plan atomique, I la constante d'échange par unité de surface entre deux plans ato- miques voisins. Il est possible de calculer les courbes r,(O,) pour différentes valeurs du paramètre p. Ces courbes sont du type U, V ou W (Fig. 6a).
Soit maintenant une couche ferromagnétique en contact avec cette couche antiferromagnétique. Nous nous limiterons au cas où l'orientation des moments magnétiques de la couche ferromagnétique ne dépend pas de la distance à l'interface ; l'aimantation J de la couche ferromagnétique est uniforme, parallèle au plan de la couche et de plus pratiquement parallèle au champ appliqué si ce dernier est assez fort. D'autrepart, le couplage entre les deux couches ne dépend que
ÉTUDE DES PERTES PAR HYSTÉRÉSIS OSClLLANTE C 2 - 161 Direction facile
2
( c l
FIG. 6 (*). - Modèle de L. Néel [l]. La courbe Tn est du type U pour p < 2,221, du type Vpour 2,221 < p < 4,442, du type W pour p > 4,442.
d'une constante A. Si @ est l'angle de l'aimantation J avec la direction facile de la couche antiferromagné- tique, le couple T e exercé par la couche ferromagné- tique sur le moment extrême m, de la couche anti- ferromagnétique est : T e = - A sin (2 - - @ 1 . L'équi-
libre exige que re soit égal à r, et par conséquent, la valeur de 0, correspondant à l'équilibre du moment antiferromagnétique m, pour les différentes valeurs
plage A est inférieure au maximuin J 2 K I de r,,, ml,
oscille réversiblement autour de la direction facile, le système peut présenter une anisotropie unidirec- tionnelle. Si au contraire, A est plus grand que J ~ K I ,
m, suit J en effectuant des mouvements irréversibles, ce qui entraîne des pertes d'énergie par hystérésis.
Considérons le cas où A est beaucoup plus grand que
4 2 1 ; la portion de courbe T e voisine de T , est une droite parallèle à l'axe des ordonnées et le déplace- ment du point N lorsque @ varie est discontinu pour Q> = @ , correspondant au point à tangente verticale Me de T , (Fig. 6c). L'hystérésis apparaîtra donc pour Q> = @,. Notons que Q>, est compris entre 900 et 1800 et ne dépend que de p.
En fait, les courbes de couple magnétique de nos échantillons ne présentent pas de variation brusque (Fig. 7). Des processus irréversibles doivent exister
1 COUPLE
V
b 'i'=360° $degrés ,O 180 360
FIG. 7. -Couple en fonction de la position du champ.
Co-CoO, - 180 OC, 720 Oe. a) Oscillation de 180°. b) Oscilla- tion de 360". Courbes 1 : Première oscillation. Courbes 2 : Deuxiéme oscillation.
de @ est donnée par l'un des points d'intersection des pour la plupart des positjons du champ. L~ méthode de courbes re et r,. Dans le cas de la figure 6 b ~ on vérifie des couches par oxydation superficielle que le point N correspond à l'équilibre stable. Des de couches polycristallines suggère qu'il n'existe pas processus irréversibles peuvent apparaître si T , est direction d'anisotropie dans le matériau anti- di1 type V ou W. Dans ce cas, si la constante de cou- ferromagnétique, mais que curie région à vautre cette
(*) Figures reprises avec l'aimable autorisation de l'auteur et direction change. Si l'on suppose qu'une telle couche des Annales de Physique. est constituée d'un grand nombre de régions qui ne
11
C 2 - 1 6 2 Mme C. SCHLENKER
diffèrent que par les orientations des directions privi- légiées d'antiferromagnétisme, ces orientations étant distribuées d'une manière isotrope dans le plan de la couche, on peut calculer le rapport des pertes par hystérésis oscillante aux pertes par hystérésis de rotation. Dans chaque région, la position du moment antiferromagnétique m, à l'interface est donnée par l'étude précédente.
Supposons que l'état initial d'une quelconque région antiferromagnétique ne puisse être décrit que par des points des portions de courbe S' T et jamais par des points des branches TS (Fig. 6c) ; ceci sera vrai à partir de la deuxième oscillation du champ. On montre alors que les pertes par hystérésis oscillante sont données par :
- W = O pour $ < 2@, - 180"
wr
W $ - (2Qe - 180)
- - -
180 pour $ > 2 @, - 180"
wr
Elles sont nulles tant que $ est inférieure à une valeur qui ne dépend que de p ; augmentent ensuite linéaire- ment avec $ et n'atteignent W, que pour $ = 2 @,.
En particulier, les pertes par hystérésis oscillante pour $ = 1800 sont inférieures aux pertes par hystéré- sis de rotation.
B. RÉSULTATS ET DISCUSSION. - 1. Variation de l'hystérésis oscillante avec l'amplitude de l'oscillation.
Dans tous les cas, I'hystérésis oscillante a été mesurée en prenant comme direction initiale du champ, celle du champ appliqué pendant le refroidissement. Les courbes de couple correspondant à des oscillations du champ de 3600 et de 1803 sont données sur la
180 W
figure 7. Les quantités - - sont portées en fonction
th w*
de $ sur la figure 8 pour' une couche Co-Co0 et sur la figure 9 pour une couche Ni-NiO. On constate que I'hystérésis mesurée lors de la première oscillation du champ suivant le refroidissement est plus grande que celle relative à la deuxième. Ce résultat est analogue à la contraction des cycles alternatifs. Les expressions théoriques précédentes doivent être valables pour la deuxième oscillation; les valeurs expérimentales permettent donc de choisir une valeur de @, ; on peut
180 W alors tracer la courbe théorique dg - * - wr et la comparer à la courbe expérimentale (Fig. 8b), deuxième oscillation). Les écarts entre la courbe théorique et la courbe expérimentale peuvent avoir les origines sui- vantes :
La constante de couplage A a été supposée beau-
FIG. 8. - Hystérésis oscillante d'une couche à couplage ferro-antiferromagnétique. Co-CoO, - 180 OC, H = 720 Oc.
a ) Courbrs expérimentales - - - O Première oscillation -- Deuxième oscillation.
b) Courbes théoriques calculées avec Qe = 140°, p = 4,9
- - - Première oscillation ; - Deuxième oscillation.
Points expérimentaux O Première oscillation e Deuxième oscillation
coup plus grande que J2 K I ; en fait, A doit varier d'une région à l'autre de la couche entre des valeurs bien inférieures et des valeurs bien supérieures à
JG, les régions à couplage faible étant à l'origine de l'anisotropie unidirectionnelle, les autres de i'hys- térésis de rotation. La discontinuité du mouvement de m, peut donc avoir lieu pour des valeurs de @ différentes de @,, abscisse du point de T , à tangente verticale.
o Les régions antiferromagnétiques ne sont pro- bablement pas toutes caractérisées par la même valeur du paramètre p ; en réalité p et CD, peuvent varier d'une région à l'autre de la couche. Par conséquent I'hystéré- sis apparaît pour des oscillations d'amplitude très faible, inférieure à la valeur moyenne de 2 @, - 180°.
e On a admis que les directions faciles des régions antiferromagnétiques étaient distribuées d'une manière isotrope ; il est probable que cette distribution soit influencée par le champ appliqué pendant le refroi- dissement et présente un maximum pour @ = 0.
e II est probable que l'aimantation de la couche
ÉTUDE DES PERTES PAR HYSTÉRÉSIS OSCILLANTE C 2 - 1 6 3
ferromagnétique n'est pas rigide au voisinage de l'inter- face ferro-antiferromagnétique, comme on l'a supposé.
L. Néel a d'ailleurs développé une théorie qui s'appli- que au cas où, l'aimantation de la couche étant défor- mable, le couplage entre les deux couches est assez grand pour que les moments dans le ferromagnétique et dans l'antiferromagnétique à l'interface soient parallèles et où l'anisotropie de la couche ferromagné- tique est négligeable [l]. Les mouvements irréversibles des moments magnétiques peuvent alors apparaître pour des valeurs de Q1 très différentes de @, ; elles ont lieu pour @ = CD,, seulement si le rapport
r = Jm' HI'/4 KI
est beaucoup plus grand que 1 ; m' est le moment magnétique par unité de surface d'un plan atomique et I' la constante d'échange par unité de surface entre deux plans atomiques voisins dans le ferromagnétique.
Si r est inférieur à 1, les rotations discontinues appa- raissent pour des valeurs de @ supérieures à @,.
En ce qui concerne la première oscillation du champ, on peut calculer W en tenant compte du processus de refroidissement ; l'état de la couche antiferromagné- tique est toujours représenté par l'intersection des courbes ï, et T, ; il est probable que pendant le refroi- dissement la courbe r, passe du type U au type V et éventuellement W ; on peut alors admettre que l'état d'une région antiferromagnétique avant la première oscillation ne peut être décrit que par des points des arcs de courbe OP et Pr O' (Fig. 6a). On montre alors que West donné par les relations suivantes :
Les valeurs expérimentales sont comparées aux valeurs théoriques sur les figures 8b et 9.
Les courbes relatives au système Ni-Ni0 sont assez voisines de celles relatives au système Co-CoO;
ce résultat est assez surprenant puisque l'anisotropie magnétocristalline de N i 0 est certainement plus faible que celle de C o 0 [IO].
A partir des valeurs de @, et des résultats donnés dans [l], on peut déduire les valeurs numériques de p ; dans le cas de nos échantillons Co-Co0 ou Ni-NiO, p est de l'ordre de 4 à 6 ; les courbes T,, sont par consé- quent du type V ou W, ce qui est en accord avec les hypothèses de départ.
Ydegrés
I 1 1 1 1 1 _
O 180 360 540 720 900 1080 FIG. 9. - Hystérésis oscillante. Ni-NiO, - 180 OC, H = 570 Oe
Première oscillation O Points expérimentaux.
- Courbe théorique calculée avec 0, = 127O, p = 4,l.
La constante p présente un grand intérêt puisqu'elle dépend de l'anisotropie de la couche antiferroma- gnétique. Cependant les valeurs numériques obtenues doivent être considérées comme des ordres de gran- deur, étant données les différences existant entre le modèle théorique et les propriétés des échantillons.
Il n'est donc pas possible de calculer à partir de la valeur de p la constante d'anisotropie magnétocris- talline de l'antiferromagnétique avec une précision raisonnable, d'autant plus que l'épaisseur de la couche antiferromagnétique est actuellement mal connue.
2. Variation de l'hystérésis oscillante avec le champ appliqué et avec l'ordre de l'oscillation. L'hystérésis oscillante a été mesurée sur des couches Co-Co0
l!bi.i" p y=360° Oscillation 1
I / Y=180* Oscillation 1
FIG. 10. - Hystérésis oscillante. Variation avec le champ magnétique. Co-CoO, - 180 OC.
Oscillations de 3600 : O Première oscillation Deuxième oscillation Oscillations de 180° : A Première oscillation
A Deuxième oscillation
C 2 - 164 Mme C. SCHLENKER pour des amplitudes de 3600 et 180°, en fonction du
champ appliqué, pour les deux premières oscillations (Fig. 10). En champ fort, l'écart entre les pertes W , et W 2 relatives à ces deux oscillations est approxima- tivement le même pour $ = 1800 et pour $ = 3600;
ceci est conforme aux prévisions théoriques puisque W , - W2 doit être indépendant de $ :
D'autre part, la saturation des pertes est atteinte pour des champs plus faibles pour $ = 360° que pour
$ = 1800. Il faut sans doute attribuer ce résultat au processus de basculement de l'aimantation ferroma- gnétique en champs faibles.
On a en outre mesuré l'hystérésis oscillante pour
$ = 1800 sur les quatre premières oscillations, pour
FIG. 11. - Hystérésis oscillante.
Variation avec l'ordre de I'oscillation.
Oscillations de 180°. a) Co-CoO, - 180 OC, H = 720 Oe.
6) Ni-NiO, - 180 OC, H = 570 Oe.
une couche Co-Co0 et une couche Ni-Ni0 (Fig. 11).
L'étude des cycles alternatifs permet de prévoir [5]
qu'un champ oscillant d'amplitude 1800 doit avoir des effets analogues à un champ alternatif. L'hystérésis oscillante diminue encore pour les oscillations 3 et 4, la variation étant beaucoup plus faible qu'entre les oscillations 1 et 2 ; cette diminution suit approxima- tivement, de même que la contraction des cycles d7hystérésis, une loi en l/,'n, tout au moins pour les oscillations 2, 3 et 4. Ce résultat permet de relier de façon précise les phénomènes apparaissant en champ alternatif à ceux apparaissant en champ tournant.
Conclusion. - Nous pensons que les résultats précédents montrent l'intérêt que peuvent présenter des études d'hystérésis oscillante pour approfondir les mécanismes de l'hystérésis des matériaux magnétiques.
En ce qui concerne les couches à couplage ferro- antiferromagnétique, une telle étude semble prouver que les pertes par hystérésis ont lieu dans un grand nombre de régions antiferromagnétiques dans les- quelles les orientations des directions faciles sont pratiquement distribuées d'une manière isotrope.
Ces résultats contribuent à une étude de I'hystérésis antiferromagnétique, actuellement mal connue, et peuvent donner des indications sur l'anisotropie antiferromagnétique. Nos échantillons présentent aussi des phénomènes de traînage magnétique qu'on peut attribuer aux régions antiferromagnétiques. On espère obtenir, par une étude détaillée de ce traînage, d'autres renseigcements sur le matériau antiferromagnétique et les confronter avec ceux provenant de l'hystérésis oscillante.
Bibliographie
[ l ] NÉEL (L.), Annales de Physique, 14e série, 1967,2, 61.
[2] MEIKLEJOHN (W. H.), BEAN (C. P.), Phys. Rev., 1956,102, 1413 ; 1957,105, 904.
MEIKLEJOHN (W. H.), J. Appl. Phys. Suppl., 1962, 33, 1328.
[3] PACCARD (D.), SCHLENKER (C.), MASSENET (O.), MONTMORY (R.), and YELON (A.), Phys. Stat.
Stat. Sol., 1966, 16, 301.
[4] SCHLENKER (C.), PACCARD (D.), J. de Physique 1967, 28, 611.
[5] NÉEL (L.), C. R. Acad. Sci. Paris, 1967, 264, 1002, Série B.
[6] SCHLENKER (C.) (à paraître).
[7] STONER (E. C.), WOHLFARTH (E. P.), Phil. Trans. Roy.
Soc., 1948, A 240, 74.
[SI PRUTTON (N.), Thin Ferromagnetic films, Butter- worths, 1964.
[9] NÉEL (L.), C. R. Acad. Sci. (France), 1958, 246, 2313, 1958, 246, 2963.
[IO] ROTH (W. L.), SLACK (G. A.), J. Appl. Physics, 1960, 31, 352 S.
ROTH (W. L.), J. Appl. Physics, 1960, 31, 2000.
ÉTUDE DES PERTES PAR HYSTÉRÉSIS OSCILLANTE c 2 - 165
DISCUSSION Mme SCHLENKER. - Non. Pas avec les études d'hystérésis oscillante seules. Mais tous ces systèmes M. MASSENET. - Peut-on obtenir des informations présentent des phénomènes de traînage magnétique sur la dimension des domaines antiferromagnétiques dont une étude détaillée doit donner des renseignements à partir de ces études d'hystérésis oscillante ? sur la taille des grains antiferromagnétiques.
