REALISATION DE MICROCIRCUIT HYPERFREQUENCE POUR L’EXCITATION ET L’ETUDE DYNAMIQUE DE MULTICOUCHES

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Description

Augmentation de la stabilité thermique d’une paroi dans des nanostructures magnétiques 1 1 1 1 2 2F. Cayssol , J.L Menendez , D. Ravelosona , C. Chappert , J. Ferré , J.P. Jamet 1Institut d'Electronique Fondamentale, UMR CNRS 8622, Université Paris Sud, 91405 ORSAY Cedex, France.2Laboratoire de Physique des Solides, UMR CNRS 8502, Université Paris Sud, 91405 Orsay Cedex, France. Récemment, il a été démontré que des éléments magnétiques peuvent effectuer des opérations logiques analogues a celles de l’électronique semiconductrice. Un des avantages de la logique magnétique est qu’elle permettrait le développement de concepts innovants telle que la logique reprogrammable. Une proposition très prometteuse dans ce domaine est basée sur le contrôle précis de la propagation d’une paroi magnétique dans des nanostructures [1]. Il apparaît donc particulièrement intéressant d’étudier les processus fondamentaux de propagation de paroi dans des éléments à géométrie confinée. Dans des films magnétiques continus, le processus de propagation résulte de la compétition entre une énergie élastique qui tend a rendre la paroi rectiligne et le désordre structural qui rend la paroi rugueuse par piégeage local. Pour une faible force appliquée sur l’interface, cette compétition entraîne l’apparition d’un régime de propagation très particulier, présent dans de nombreux systèmes physiques, la reptation (creep regime). Dans le cas d’un film mince magnétique, le régime de ...

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• Langue: Français

Extrait

Augmentation de la stabilité thermique d’une paroi dans des

nanostructures magnétiques

F. Cayssol

1

, J.L Menendez

1

, D. Ravelosona

1

, C. Chappert

1

, J. Ferré

2

, J.P. Jamet

2

1

Institut d'Electronique Fondamentale, UMR CNRS 8622, Université Paris Sud, 91405

ORSAY Cedex, France.

2

Laboratoire de Physique des Solides, UMR CNRS 8502, Université Paris Sud, 91405 Orsay

Cedex, France.

Récemment, il a été démontré que des éléments magnétiques peuvent effectuer des

opérations logiques analogues a celles de l’électronique semiconductrice. Un des avantages de

la logique magnétique est qu’elle permettrait le développement de concepts innovants telle

que la logique reprogrammable. Une proposition très prometteuse dans ce domaine est basée

sur le contrôle précis de la propagation d’une paroi magnétique dans des nanostructures [1]. Il

apparaît donc particulièrement intéressant d’étudier les processus fondamentaux de

propagation de paroi dans des éléments à géométrie confinée. Dans des films magnétiques

continus, le processus de propagation résulte de la compétition entre une énergie élastique qui

tend a rendre la paroi rectiligne et le désordre structural qui rend la paroi rugueuse par

piégeage local. Pour une faible force appliquée sur l’interface, cette compétition entraîne

l’apparition d’un régime de propagation très particulier, présent dans de nombreux systèmes

physiques, la reptation (creep regime). Dans le cas d’un film mince magnétique, le régime de

reptation de paroi est caractérisé par une loi de vitesse qui s’écrit sous la forme

v

∝

exp(-

β

U

c

(H

c

/H)

µ

)

, où

β

=1/kT

,

H

est le champ appliqué,

H

c

est un champ critique du aux défauts

structuraux et

U

c

est une énergie caractéristique. L’exposant

µ

dépend du désordre et de la

dimensionnalité du système. Ce phénomène qui dépend des fluctuations thermiques permet de

sonder la stabilité de l’interface dans la limite ou le champ H tend vers 0. Cette loi a été

vérifiée dans des films magnétiques continus 2D pour lesquels

µ

=1/4 [2,3].

Pour la première fois à notre connaissance, nous présentons ici une étude approfondie

de la reptation d’une paroi magnétique 1D dans une géométrie confinée 2D [4]. Nous

démontrons que la rugosité de bord de la nanostructure permet d’augmenter la stabilité

thermique de la paroi.

Nous utilisons l’effet Hall extraordinaire (EHE) résolu en temps pour mesurer la

vitesse de propagation

v(H)

d’une paroi magnétique 1D de type Bloch (largeur 1nm) en

fonction du champ H dans des pistes submicroniques de largeur w

0

réalisées dans un système

magnétique modèle: des films épitaxiés de Pt/Co(0.5nm<t

Co

<1nm)/Pt. Ces couches ultra-

minces de Co présentent une forte anisotropie perpendiculaire, et le retournement de

l’aimantation est dominé par la propagation facile de parois de domaines du à une faible

densité de défauts. Sur la figure 1 est tracé logV(H) en fonction de H

-1/4

pour des pistes dont

la largeur w

0

varie de 0.5 à 1.5

µ

m. De manière surprenante on observe une forte diminution

de la vitesse de propagation lorsque la largeur de la piste diminue, ce qui indique une forte

augmentation de la barrière d‘énergie pour la propagation. D’autre part, la loi de reptation

v

∝

exp(-

β

U

cw

(H

cw

/H)

-1/4

),

valable pour les films continus, est vérifiée pour toutes les largeurs

de piste. Finalement, comme l’indique la figure 1(b), le champ critique effectif dans les pistes

H

c

eff

=

déduit de la pente des courbes de la figure 1(a), est proportionnel à 1/w

H

U

cw

cw

4

)

(

β

0

indiquant un effet lié aux bords. Des mesures dans des pistes avec des défauts artificiellement

contrôlés nous montrent que cet effet est du à la présence de la rugosité de bords de la piste

Oral, thématiques 1,3,7

introduite pendant les étapes de nanostructuration. Nous avons développé un modèle

théorique concernant la reptation de paroi dans une piste où les bords présentent une rugosité

corrélée en se basant sur une théorie de piégeage collectif adaptée aux supraconducteurs.

Nous montrons alors en accord avec les résultats expérimentaux que la loi de reptation dans

une piste peut être renormalisée par rapport à un film continu en ajoutant au champ critique

H

c

du film continu

Fig. 1(a) : Vitesse moyenne de la paroi en fonction

de H

-1/4

pour des pistes de largeurs différentes (1.5,

1, 0.6 et 0.5 microns).

Fig. 1(b) : Champ critique effectif déduit de la

pente des courbes de la Figure 1(a) en fonction

de 1/w

0

. On observe une nette augmentation de

la barrière d’énergie pour la propagation

lorsque w

0

diminue.

0,210 0,215 0,220 0,225 0,230 0,235 0,240 0,245

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

0.5

µ

m

0.6

µ

m

1

µ

m

1.5

µ

m

Velocity(ms

-1

)

H

-1/4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

8,0x10

5

1,0x10

6

1,2x10

6

1,4x10

6

1,6x10

6

(

β

U

cw

)

4

H

Cw

(kOe)

1/w

0

(

µ

m

-1

)

(du aux défauts intrinsèques) un champ critique induit topologiquement par la rugosité de

bords et proportionnel à 1/w

0

:

)

/

)(

/

(

0

w

ka

M

H

H

s

c

cw

σ

+

=

où a est l’amplitude de la

rugosité de bord, k son vecteur d’onde et

σ

l’énergie de paroi. D’autre part, nous montrons

aussi que cette rugosité de bord permet de diminuer la rugosité de la paroi.

Il apparaît donc que plus le rapport

ka/w

0

est important, plus la barrière d’énergie que doit

franchir la paroi pour se propager est élevée. Ceci suggère de manière non intuitive qu’une

paroi peut être stabilisée dans un élément de petite dimension par la présence d’une

modulation de bord. Cette augmentation de la stabilité thermique de la paroi est confirmée par

des mesures de vitesse en fonction de la température (10-300K) dans des pistes à forte

rugosité artificielle. Ce résultat est très prometteur pour des applications à la logique

magnétique ou il est nécessaire de pouvoir stabiliser une paroi à une position déterminée dans

un élément de petite dimension..

[1] Allwood

et al

, Science

296

, 5575 (2002).

[2] S. Lemerle

et al

, Phys. Rev. Lett

80

, 849 (1998)

[3] Krusin-Elbaum

et al

, Nature

410

, 444 (2001).

[4] F. Cayssol, D. Ravelosona, C. Chappert, J. ferré, J.P. Jamet, accepté à Physical Review

Letter.