Matériaux magnétiques en couches. Etudes des systèmes FePt et FeRh, Magnetic Materials Films : studies of the FePt and FeRh systems

Cheikh Birahim Ndao

Description

Sous la direction de Dominique Givord, Nora Dempsey
Thèse soutenue le 11 avril 2011: Grenoble
Ce travail a porté sur la préparation et l'étude de matériaux magnétiques fonctionnels en couches dans l'optique d'une utilisation dans des micro-systèmes magnétiques. Deux systèmes de matériaux ont été étudiés: le FePt, qui est un matériau magnétique dur, et le FeRh, qui a une transition antiferromagnétique-ferromagnétique proche de la température ambiante. Dans le cas du FePt, les influences de la concentration en Pt, de l'ajout de Cu et des traitements thermiques, sur la transition de la phase A1 désordonnée, de faible anisotropie, à la phase L10 ordonnée, de forte anisotropie, ont été étudiées. Les dépendances en température de l'aimantation spontanée et du champ d'anisotropie de la phase L10 ont été déduites de l'analyse des courbes d'aimantation. Le pic d'Hopkinson qui est lié aux processus d'aimantation de la phase L10 à l'approche de la température de Curie a été modélisé. Dans le cas du FeRh, les influences de la concentration en Rh et des traitements thermiques ont été étudiées. Une analyse thermodynamique des mesures d'aimantation et des mesures de calorimétrie différentielle a été effectuée. Enfin, des couches hybrides de FePt-FeRh ont été déposées sur des substrats pré-gravés, pour démontrer la potentialité d'utiliser le FeRh pour contrôler thermiquement le champ de fuite généré par le FePt.
-Matériaux Magnétiques Durs
-Aimantation Système Polycristallin
-Matériaux Magnétiques Commutables Thermiquement
-Entropie
The aim of this work was the preparation and study of thin films of functional magnetic materials of interest for use in magnetic micro-systems. Two material systems have been studied: FePt, which is a hard magnetic material, and FeRh, which has an antiferromagnetic - ferromagnetic transition near room temperature. For the case of FePt, the influence of the film composition, the addition of Cu, and the annealing conditions, on the transition from the disordered, low anisotropy A1 phase to the ordered, high anisotropy L10 phase has been studied. The temperature dependence of the spontaneous magnetisation and the anisotropy field of the L10 phase were deduced from an analysis of magnetisation curves. The Hopkinson peak which characterises the susceptibility of the demagnetized L10 phase close to its Curie temperature has been modelled. In the case of FeRh, the influence of film composition and annealing conditions on the antiferromagnetic - ferromagnetic transition was studied. A thermodynamic analysis of magnetisation measurements and differential calorimetry measurements has been carried out. Finally, hybrid FePt-FeRh films have been deposited on patterned wafers, to demonstrate the potential use of FeRh for the thermal control of the stray field generated by the FePt.
-Hard Magnetic Films
-Magnetization in Polycrystalline Systems
-Thermally Switchable Magnetic Films
-Entropy
Source: http://www.theses.fr/2011GRENY017/document

Sujets

• Entropie

Informations

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Extrait

`THESE
pour obtenir le grade de
´Docteur de l’Universite De Grenoble
Sp´ecialit´e : Physique des mat´eriaux et nanostructures
Arrˆet´e minist´eriel : 7 aouˆt 2006
pr´esent´ee par
Cheikh Birahim NDAO
Th`ese dirig´ee par Dominique GIVORD et
co-encadr´ee par Nora DEMPSEY
pr´epar´ee au sein de l’Institut N´eel CNRS-UDG
´dans le cadre de l’Ecole Doctorale de Physique
Mat´eriaux magn´etiques en couches :
´Etudes des syst`emes FePt et FeRh
Th`ese soutenue le 11 avril 2011,
devant le jury compos´e de :
M. Alain SCHUHL
Professeur a` l’Universit´e de Grenoble (Pr´esident du Jury)
Mme V´eronique PIERRON-BOHNES
Directrice de Recherche CNRS, Strasbourg, (Rapporteur du Jury)
M. Massimo GHIDINI
Professeur a` l’Universit´e de Parme (Rapporteur du Jury)
M. Aboubaker-Chedikh BEYE
Professeur `al’Universit´e deCheikh Anta Diop,Dakar,(Membre duJury)
Mme Nora DEMPSEY
Charg´ee de Recherches CNRS, Grenoble (Membre du Jury)
M. Dominique GIVORD
Directeur de Recherche CNRS, Grenoble (Membre du Jury)
tel-00598363, version 2 - 20 Jun 2011tel-00598363, version 2 - 20 Jun 2011MERCI
´Cette th`ese a ´et´e effectu´ee a` l’Institut Neel au sein du d´epartement Nanos-
ciencesdansl’´equipedeMicroetNanoMagn´etisme.Mercia`MessieursJo¨elCibert
et Herv´eCourtois les deux directeurs successifs de ce d´epartementpour l’accueil
qu’ilsm’ontaccord´e.Merci´egalementa`l’ensembledupersonneladministratif,par-
ticuli`erement a` Mesdames V´eronique Fauvel, LouiseInfuso et SabineGadal.
Merci a`Monsieur DominiqueGivord pouravoir dirig´e cette th`ese jusqu’`ason
terme.Jeleremerciepoursaconfianceetpourm’avoirapprisa`toujoursgarderun
regardcritiquesurmespropresr´esultats.Merci `aNoraDempseyquiaco-encadr´e
cette th`ese. Je la remercie pour sa rigueur et sa perspicacit´e ainsi que pour ses
nombreux conseils qui ont toujours permis de relativiser les situations difficiles.
Une fois dans un colloque, une femme est venue me pos´e quelques questions
difficiles, en me donnanten mˆeme temps des´el´ements de r´eponses quiont compl`e-
tement chang´e la vision que j’avais d’un probl`eme. Cette femme c’´etait Madame
V´eronique Pierron-Bohnes Directrice de Recherche a` l’Institut de Physique et
Chimie des Mat´eriaux de Strasbourg. C’est un honneur et un privil`ege qu’elle
me fait d’accepter d’ˆetre rapporteure de ce travail. Merci a` Monsieur Massimo
Ghidini, Enseignant-Chercheur au Department of Materials Science and Metal-
lurgydel’Universit´edeCambridge,pouravoir´egalementaccept´ed’ˆetrerapporteur
de ce travail. Ce manuscrit a grandement profit´e des remarques et commentaires
avis´es de ces deux rigoureux rapporteurs. Merci a` Monsieur Aboubaker-Chedikh
Beye,ProfesseurauD´epartementdePhysiqueduGroupedePhysiqueduSolideet
SciencesdesMat´eriauxdel’Universit´eCheikhAntaDiop,c’estunhonneurqu’il
me fait d’accepter d’ˆetre examinateur de ce travail. Je remercie Monsieur Alain
Schuhl,Directeur de l’Institut N´eel et Professeur a` l’Universit´eJosephFourier,
pour m’avoir fait l’honneur de pr´esider ce jury de th`ese si riche en personnalit´es.
Merci a` Messieurs OlivierGeoffroy et DamienGignoux qui m’ont accueilli
au sein du Master Ing´enierie des Syst`emes Magn´etiques et quise sonttoujours en-
quisdel’avancementdecetravail.Mercia`MonsieurEl-kebirHlil,monprofesseur
de calculs de structures ´electroniques, pour sa gentillesse et sa disponibilit´e, je lui
exprimeicitoutemagratitude.Mercia`MonsieurDanielFruchart,pourm’avoir
expliqu´e avec une tr`es grande p´edagogie les caract´eristiques des alliages de type
Heusler. Merci `a NassiraBoudjadapour avoir pris de son temps pour m’initier a`
l’analyse Rietveld. Merci a` Fr´ed´ericDumas-Bouchiatpour sa sympathieet pour
son aide pr´ecieuse pour les mesures TMP. Merci a` Laurent Ranno pour nos tr`es
nombreuses discutions qui m’ont permis de profiter de sa grande culture scienti-
fique. Merci `a Salia Cherifi, `a Rose-Marie Galera, a` Olivier Isnard, `a Claire
Mayer, a` Pierre Molho, a` Virginie Simonet, a` Jean-christophe Toussaint, `a
i
tel-00598363, version 2 - 20 Jun 2011YanVogel et `a WolfgangWernsdorfer,ces autres chercheursde l’Institut que
je n’ai pas eu la chance de connaˆıtre d’avantage.
Merci `a l’ensemble du personnel du poˆle Ing´enierie Exp´erimentale, a` Didier
Dufeu,a`EricEyraud,`aDenisMaillarda`LaurentDel-Rey.Mercidem’avoir
fait confiance, notamment en me laissant avoir acc`es aux programmes sources des
manips. Merci a` David Barral qui, avec un sourire ´eclatant, est toujours prˆet `a
´rendreservice.Merci`aLucOrtegadem’avoirlaiss´ecarteblanchepourlesmanips
Xetpourm’avoiraccord´eunpeudesonpr´ecieuxtempsdepremierministre.Merci
`a PhilippePlaidoux du poˆle caract´erisation pour son amiti´e et pour m’avoir fait
´confiance pour les mesures DSC. Merci `a C´ecile Nemiche de la repro pour sa
gentillesseetpourles nombreusesfoisou` elle aaccept´e d’imprimermesdocuments
de derni`ere minute, sans elle la science n’avancerait pas.
Merci `a Richard Heattel ITA au CNRS, `a Franck Balestro Enseignant
chercheurauCNRS,a`GilbertReyneDirecteurdeRechercheauG2ELab,a`Vito-
ria Barthem Enseignante Chercheur au Br´esil. Merci pour votre amiti´e et votre
soutient. Ce travail ce veut ˆetre a` la hauteur de la confiance que vous avez t´emoi-
gn´ee `a mon ´egard, je vous en suis tr`es reconnaissant.
Sp´ecial merci
`A AnissaCherif avec qui j’ai partag´e presque tout mon cursus universitaire,
merci pour ta simplicit´e et ta v´erit´e. Comme le dit un certain Herv´e Lauwick :
“Un ami, c’est quelqu’un qui vous connait bien et qui vous aime quand mˆeme.”
`A Shermilla Mostharshedi qui a fleuri mon ann´ee de DEA en Hyperfr´e-
quences a` Paris-Est.
“Y’en a qui ont le cœur dehors. Et ne peuvent que l’offrir.
Le cœur tellement dehors, qu’ils sont tous `a s’en servir.”Jacques Brel.
` `A mes ami(e)s qui m’ont accompagn´es depuis mes premiers pas en France. A
AmandineCollado, `a C´eline Garcia, `a Alexendra Fourier, `a M´elanie Fran-
c¸ois,a` Franc¸isAymonier,a` DorianGuetta dit“the-Creature”qui a immortalis´e
la danse du past`eque, a` Yannick et bien suˆr a` Samuel, a` Jonathan et `a Mouss.
Ensemble vous avez constitu´e le puits sans fond ou` je continu `a jeter les pierres
d’achoppement que j’ai amass´e durant mon parcourt et particuli`erement pendant
cette th`ese.
` ˆA mes fr`eres d’armes, `a Boubacar Bangoura, a` Abdoulaye Ba, `a Pape Ab-
doulayeLoum. Merci de m’avoir rappel´e que c’est l’ambition et non l’apitoiement
sur son sort qui permet de triompher des ´ecueils qui pars`ement souvent la longue
route des ´etudiants ´etrangers.
`A ma grande sœur YasminaDahmane. Merci pour ton attention, tes conseils
et pour ta gentillesse.
ii
tel-00598363, version 2 - 20 Jun 2011`A ma deuxi`eme famille de la MJC Pr´emol, a` Simone Chapiteau et a` Blan-
´dineSegros. Qui ont respectivement remplac´e ma m`ere et mes sœurs en France.
Merci de m’avoir fait partager votre engagement pour les plus jeunes du village
Olympiqueet d’ailleurs. Ce fut pour moi l’exp´erience la plus enrichissante que j’ai
eu `a vivre en France.
Et puis, sans nul pareil, il y’a en plus du soleil, le sourire de Ga¨elle. Merci de
m’avoirmontr´equeles oasis quipeuplentce d´esertnesontpastoutes des mirages.
Il y’a un proverbeAfricain qui dit :“Si tout le monde te crache dessus, tu finis par
`ˆetre mouill´e”. Mais on ne reste mouill´e qu’en surface. A la diff´erence de l’encou-
ragement et le soutient que j’ai eu de la part de mes parents, qui eux ont agi en
profondeur pour revivifier la confiance en moi, d’ou` l’aboutissement de ce travail.
a` ma famille.
iii
tel-00598363, version 2 - 20 Jun 2011tel-00598363, version 2 - 20 Jun 2011“I don’t like honors. I’m appreciated for the work that I did, and for people
who appreciate it, and I notice that other physicists use my work. I don’t
need anything else. I don’t think there’s any sense to anything else. I don’t
see that it makes any point that someone in the Swedish Academy decides
that this work is noble enough to receive a prize. I’ve already got the prize.
The prize is the pleasure of finding the thing out, the kick in the discovery,
the observation that other people use it. Those are the real things. The honors
are unreal to me. I don’t believe in honors. It bothers me, honors. Honors
is epilets, honors is uniforms. My poppa brought me up this way. I can’t
stand it, it hurts me. When I was in High School, one of the first honors
I got was to be a member of the Arista, which is a group of kids who got
good grades. Everybody wanted to be a member of the Arista. I discovered
that what they did in their meetings was to sit around to discuss who else
was worthy to join this wonderful group that we are. OK So we sat around
trying to decide who would get to be allowed into this Arista. This kind of
thingbothersmepsychologicallyforoneoranotherreason.I don’