Groupe de Physique des Matériaux - UMR CNRS 6634

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Influence des interfaces sur les propriétés magnétiques de multicouches nanométriques

par LABGPM - publié le , mis à jour le

Ces activités ont été initiées en 2004. Il s’agit de caractériser chimiquement et topologiquement les interfaces entre couches magnétiques, qui déterminent pour partie les propriétés de ce type de matériaux. Ces activités portent en particulier sur l’application de la sonde atomique tomographique à la caractérisation de matériaux magnétiques nanostructurés. Les matériaux concernés sont :

  • des multicouches magnétostrictives Tb(Fe,Co)/(Fe,Co) (collaboration IEMN Lille, projet Interreg, ANR Namamis)
  • des multicouches à couplage d’échange perpendiculaire (Pt/Co)3/IrMn (collaboration Spintec, Grenoble)

Les premiers résultats, publiés en 2007, ont été obtenus sur des multicouches magnétostrictives nanométriques. La structure locale de ces multicouches a été corrélée à leurs propriétés magnétiques. La quantification du mélange atomique aux interfaces a notamment permis d’expliquer l’amélioration significative des propriétés magnétostrictives après irradiation aux ions lourds. Depuis, des progrès importants ont été réalisés, et il est maintenant possible d’analyser des multicouches contenant des couches sub-nanométriques Ces résultats constituent des avancées significatives dans le domaine, et étendent le champ d’activité offert par la sonde atomique tomographique.

Interfaces et magnétisme dans des multicouches [(Pt/Co)_{3}/Ptt_{Pt} /IrMn] _{n}

Cet exemple illustre les progrès récemment effectués dans l’analyse structurale par sonde atomique tomographique de multicouches magnétiques, dont certaines des couches sont sub-nanométriques. Les échantillons analysés sont des multicouches de composition Ta_{3nm} /[(Pt_{2nm} /Co_{0.4nm} ) _{3}/Pt_{0.4nm} /IrMn_{7nm} ]_{7} /Pt_{10nm} à couplage d’échange perpendiculaire pour application en spintronique. Les efforts portent sur la caractérisation des interfaces entre couche antiferromagnétique IrMn et multicouche ferromagnétique (Pt/Co)_{3} , en présence ou non d’une couche tampon de Pt (spacer) de 0,4 nm d’épaisseur. Les résultats obtenus en sonde atomique tomographique (figures 1 et 2), tout à fait originaux dans ce domaine, ont permis de mettre en évidence une différence importante entre les interfaces IrMn-sur-Co (diffuse) et Pt-sur-IrMn (abrupte). Cette différence permet de montrer que la présence d’un spacer de Pt entre la couche IrMn et la multicouche (Pt/Co)_{3} à l’interface IrMn-sur-Co a une influence positive sur le couplage d’échange, comme le montrent les propriétés magnétiques des multicouches, caractérisées au laboratoire par magnétométrie SQUID (figure 2). Ceci est dû au blocage de l’inter-diffusion Mn/Co par le Pt à l’interface IrMn-sur-Co.


Profils de concentration des atomes de Pt, Co et Mn à l’interface IrMn-sur-Co/Pt dans les multicouches avec et sans spacer de Pt.

Figure 1. Profils de concentration des atomes de Pt, Co et Mn à l’interface IrMn-sur-Co/Pt dans les multicouches avec et sans spacer de Pt.
(L. Lechevallier et al. Physical Review B 2009)


sonde atomique tomographique et cycles d'hysteresis

Figure 2. Projections 2D de reconstructions (haut) et cycles d’hystérésis (bas) de multicouches avec et sans spacer de Pt.
(L. Lechevallier et al. Physical Review B 2009)