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Croissance, structure et magnétisme dans les systèmes à décalage d'échange FM/AFM : approche fondamentale par la physique des surfaces, Growth, structure and magnetism in exchange coupled FM/AFM Systems : fundamental approach by surface physics

De
170 pages
Sous la direction de Helio Tolentino, Maurizio De-santis
Thèse soutenue le 09 juin 2011: Grenoble
Nous nous proposons d'étudier l'interaction au niveau de l'interface entre un matériau antiferromagnétique et un ferromagnétique par un ensemble de techniques expérimentales qui utilisent le rayonnement synchrotron. Nous sommes particulièrement intéressés par l'effet de couplage d'échange dans les couches minces magnétiques avec anisotropie hors du plan. Les systèmes que nous avons étudiés sont les couches ordonnées chimiquement, FePt et MnPt sur Pt(001), et Fe/Ag(001), éventuellement couplée à CoO. Notre approche consiste à trouver de surfaces adaptées et d'étudier, pour chaque bicouche, la croissance individuelle de chaque élément, alliage ou oxyde. A travers le contrôle d'un certain nombre des paramètres, comme la structure de la surface, la propreté, le taux et la température de déposition, nous avons obtenus une bonne connaissance du processus de croissance. Les systèmes obtenus ont été étudiés in situ par la diffraction de surfaces et ex situ par l'effet Kerr magnéto-optique, le dichroïsme circulaire magnétique de rayons X et la spectroscopie d'absorption de rayons X. La relation entre le couplage d'échange, qui se manifeste par l'augmentation de la coercivité et par un champ de décalage, et la structure des couches est discutée pour les interfaces MnPt/FePt and CoO/Fe.
-Décalage d'échange
-Alliage ordonnée
-MnPt
-FePt
-Diffraction de rayons X de surface
-Absorption de rayons X
Our aim is to study the interaction of antiferromagnetic and ferromagnetic materials with well-defined interface by combining structural, electronic and magnetic techniques using synchrotron light. Our interest is guided by the exchange bias effect in thin ferromagnetic films with perpendicular magnetic anisotropy. The main systems studied in this work were ultra-thin layers of chemically-ordered alloys of FePt and MnPt on Pt(001) and of Fe/Ag(001), eventually coupled to CoO. Our strategy was to find an appropriate surface and, for each coupled bilayer, study the individual growth of each element, alloy or oxide. By controlling a variety of parameters, such as surface structure, cleanliness, deposition rate and temperature, we have got a good understanding of the growth process. The coupled systems obtained were studied in situ by grazing incidence X-ray diffraction and ex situ by magneto-optic Kerr effect, X-ray magnetic circular dichroism and X-ray absorption spectroscopy. The relation between the exchange coupling, which manifests itself by an increase in coercivity and a bias field, and the structural characteristics was discussed for the MnPt/FePt and CoO/Fe interfaces.Keywords: exchange bias, chemically ordered alloy, MnPt, FePt, Fe/Ag(001), surface X-ray diffraction, X-ray absorption, MOKE, synchrotron.
-Exchange bias
-Ordered alloys
-MnPt
-FePt
-Surface X-ray diffraction
-X-ray absorption
Source: http://www.theses.fr/2011GRENY022/document
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THÈSE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE GRENOBLE
Spécialité : Physique de la matière condensée et du
rayonnement
Arrêté ministériel : 7 août 2006


Présentée par
« Márcio M. SOARES »


Thèse dirigée par « Hélio TOLENTINO » et
codirigée par « Maurizio De Santis »

préparée au sein de l’Institut Néel, CNRS/UJF
dans l'École Doctorale de Physique

Croissance, structure et
magnétisme dans les systèmes
à décalage d'échange FM/AFM :
approche fondamentale par la
physique des surfaces


Thèse soutenue publiquement le « 9 juin 2011 »,
devant le jury composé de :
Mme. Michèle SAUVAGE
Directrice de Recherche au Synchrotron Soleil (Présidente)
M. Stéphane ANDRIEU
Professeur à l’Institut Jean Lamour, Nancy (Rapporteur)
M. Yves GARREAU
Professeur à l’Université Paris Diderot, Paris (Rapporteur)
M. Fabrice SCHEURER
Chargé de Recherches à l’Institut de Physique et Chimie des Matériaux
de Strasbourg (Membre)
M. Bruno GILLES
Directeur de Recherche CNRS au SIMAP, St. Martin d'Heres (Membre)
M. Robert MOREL
Chercheur au CEA/INAC, Grenoble (Membre)
M. Hélio TOLENTINO
Ingenieur de Recherche au Institut Néel, Grenoble (Membre)

tel-00603754, version 1 - 27 Jun 2011tel-00603754, version 1 - 27 Jun 2011Acknowledgments
First, I thank Helio Tolentino for his guidance, support and friendship during this three
years of thesis. I’m very very grateful to Maurizio De Santis, who taught me a lot about
di raction and surfaces. My large thanks to my french mother Aline Ramos, for all the
big help in XAS analysis and for the accueil amical.
I would like to thank the collaborators in Halle, Marek Przybylski, Fikret Yildiz
and Rantej Bali and at the ESRF Julio Cezar.
To all people in the lab, especially to my friends sharing the o ce, my great thanks.
I acknowledge the nancial support by the Fondation Nanosciences.
My acknowledgment to the jury members and rapporteurs, who kindly accepted to
evaluate this work.
Finally, I want to thank my family for all their support, and especially to my wife,
Maria Isabel, for whom this thesis is dedicated with love.
i
tel-00603754, version 1 - 27 Jun 2011ii
tel-00603754, version 1 - 27 Jun 2011Nomenclature
AES Auger electron spectroscopy
AFM antiferromagnetic
bcc body-centered cubic
bct body-centered tetragonal
BL bilayer
CTR crystal truncation rod
DFT density functional theory
DW Debye-Waller parameter
EB exchange bias
eV electron volt
EXAFS extended X-ray absorption ne structure
fcc face-centered cubic
FC eld-cooling
fct face-centered tetragonal
FM ferromagnetic
GIXRD Grazing incidence X-ray di raction
GMR giant magnetic resistance
H coercive eldC
H exchange bias eldEB
H Applied magnetic eld during