Manipulation des bulles ferromagnétiques dans des alliages Heusler nano-structurés pour le stockage et le transfert magnétique d’information.

Spécialité: Nanophysique. École Doctorale: SDM- Sciences de la Matière. Titre: Manipulation des bulles ferromagnétiques dans des alliages Heusler nano-structurés pour le stockage et le transfert magnétique d’information. Title: Manipulation of magnetic bubbles in nanostructured-Heusler alloys for magnetic data storage and transfer. Directeur de thèse: Etienne SNOECK (CEMES-CNRS). Co-directeur de these: César MAGEN (INA, Université de Saragosse). Unité de recherche: CEMES - Centre d'Elaboration de Matériaux et d'Etudes Structurales UPR 8011. Mot clés: Alliages d’Heusler, bulles magnétiques, anisotropie magnétique perpendiculaire, spin torque, in situ MET. Keywords: Heusler alloys, magnetic bubbles, perpendicular magnetic anisotropy spin torque, in situ TEM. Profil candidat: Les candidats doivent présenter des compétences en physique de solides. Des expériences en microscopie électronique et magnétisme seront appréciées. Des capacités pour le travail expérimental et d’intégration dans une équipe. Les candidats doivent avoir une bonne maitrise de l’anglais, et des connaissances en français et en espagnol seront appréciées. Résumé: Les matériaux ferromagnétiques ont été à l’origine de la plupart des médias de stockage à haute densité, des anciennes bandes de ferrite à la dernière génération de disque durs à anisotropie magnétique perpendiculaire (PMA). Dans ce dernier cas, le bit magnétique est constitué par des régions ferromagnétiques (domaines) de quelques microns à quelques dizaines de nanomètres. Les recherches dans le domaine de l’enregistrement magnétique de cette dernière décennie ont montré l'intérêt d’utiliser pour bits de stockage magnétique non plus les domaines eux-mêmes mais les parois de domaines (DW) qui peuvent être nucléées puis canalisées le long de nanostructures physiques tels que des nanofils ou nano-rubans magnétiques. Dans cette nouvelle technologie de mémoire magnétique le système est constitué d’un circuit magnétique (racetrack memory), où un courant polarisé en spin déplace par « transfert de spin » (spintorque) une succession de parois de domaine qui sont écrits et lus à l’aide d’une tête magnétorésistive (GMR ou TMR). Les nanostructures présentant une PMA sont particulièrement intéressantes car les courants critiques de déplacement de parois dans ces structures y sont relativement faibles et permettent un déplacement plus efficace des parois. Ces parois sont généralement des vortex magnétiques ou des parois transverses selon les paramètres géométriques de la nanostructure magnétique. Dans les cristaux non centrosymétriques un autre « objet » magnétique de structure similaire aux vortex apparaît à la suite d’interactions d'échange anti-symétriques : le skyrmion. En plus de présenter des propriétés originales telles que l’effet Hall topologique, les réseaux de skirmions ont été montrés être très mobiles sous de faibles densités de courant. Malheureusement, ces skirmions n’apparaissent habituellement qu’à basse température. Parmi les matériaux connus qui peuvent présenter des propriétés de PMA, les alliages d’Heusler ferromagnétiques sont les plus prometteurs tant pour leur propriétés fondamentales que pour leurs applications technologiques. Ce sont des composés intermétallique de formule générale X2YZ

composée par quatre sous-réseaux CFC imbriqués, deux d'entre eux occupé par la même espèce métallique. En fonction de leur composition, ils présentent une grande variété de comportements magnétiques, peuvent être demi-métal, et/ou présenter des propriétés de mémoire de forme. Dans la famille des alliages d’Heusler, celle dérivée du composé Ni2MnGa présente des propriétés exceptionnelles, notamment une transition de phase martensitique / austénitique à température ambiante. Dans la phase martensitique (tétragonale) de Ni2MnGa, trois orientations de l’axe tétragonal [001] qui est aussi l’axe de facile aimantation, sont possibles, de sorte que le monocristal cubique est divisée en trois types de domaines tétragonaux ce qui permet un effet de mémoire de forme à entraînement magnétique important (jusqu’à des déformations linéaires de 10%). Dans les films minces d'Ni2MnGa orientés avec l'axe de facile aimantation perpendiculaire à la feuille, l’énergie magnétostatique est réduite par la formation de domaines magnétiques en forme de stripes où l’aimantation pointe up et down dans les domaines et se trouve parallèle au plan du film dans les DWs. Des études préliminaires effectuées par microscopie de Lorentz ont montré que sous l’effet d’un champ magnétique ces DWs peuvent former refermer et former, à température ambiante, des réseaux périodiques de bulles magnétiques de type skyrmions qui présentent une aimantation intérieure dirigée soit up soit down et dans un continuum présentant une aimantation dirigée dans le sens inverse (voir la figure). Ces bulles magnétiques, de taille nanométrique (env. 100 nm), pourraient être utilisées comme objets magnétiques individuels permettant de transporter, stocker et transférer des informations. L'objectif de cette thèse est d’explorer les propriétés magnétiques de ces nanostructures à base de Ni2MnGa, et en particulier d’étudier la nucléation et la propagation des bulles magnétiques par des champs magnétiques et des courants électriques dans des bandes (d’environ 100-500 nm de large) de faible épaisseurs (env. 50 à 100 nm). Ce travail sera réalisé en combinant des techniques de nanofabrication (FIB, lithographie) qui seront utilisées pour réaliser les nanostripes et connecter les bandes et d’imagerie magnétique de pointe telles que la microscopie de Lorentz (LM) et l’holographie électronique (EH). Ces techniques de microscopie seront utilisées pour étudier la formation des bulles magnétiques dans ces nanostructures en appliquant « in-situ » dans un MET des champs magnétiques, puis à l’aide de porte-objets dédiés, des courants électriques afin d’explorer les modes de déplacement des bulles magnétiques sous courant électriques le long des bandes de Ni2MnGa.   Type de financement : MESR demandé pour un co-financement de cotutelle avec l’Université de Saragosse Contacts : Dr. E. Snoeck (snoeck@cemes.fr) - Dr. C. Magen (cmagend@unizar.es )  

A49$Hp$$

1279$Oe$

H$$3478$Oe$