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Accueil du site > Microscopie magnétique à haute résolution de nanostructures

PROPOSITION DE SUJET DE THESE
Années 2008-2011

Nom Laboratoire : Laboratoire de Physique des Solides

Code d’identification CNRS : UMR8502

Nom du ou des responsables de la thèse : S. Rohart et A. Thiaville

e-mail : rohart@lps.u-psud.fr ; thiaville@lps.u-psud.fr téléphone : 01 69 15 53 76

page web : http://www.lps.u-psud.fr/Collectif/...

Lieu du stage : LPS, bat 510, Orsay

Titre : Microscopie magnétique à haute résolution de nanostructures

La recherche actuelle sur les dispositifs magnétiques nanométriques crée aujourd’hui un besoin de microscopies magnétiques à très haute résolution (de l’ordre de 1 à 10 nm), meilleures entre autres que celle du microscope à force magnétique. La microscopie à effet tunnel (STM) avec sa capacité à injecter des électrons à l’échelle atomique ouvre la possibilité d’étudier le transport électronique à l’échelle du nanomètre. Nous développons actuellement une variante de ce microscope, le microscope à émission d’électrons balistiques (BEEM), qui s’intéresse aux électrons qui traversent de manière balistique une fine couche métallique. L’utilisation de multicouches magnétiques de type « vanne de spin » (deux couches ferromagnétiques séparées par un espaceur non magnétique) permet de résoudre en spin ce transport en distinguant les configurations d’aimantation parallèles et antiparallèles des deux couches. Cette technique est opérationnelle, et nous avons pu imager les domaines magnétiques dans des multicouches de type Co/Cu/FeNi. Le microscope montre actuellement une résolution meilleure que 50 nm. L’objectif de la thèse sera d’utiliser le microscope non pas sur des simples couches magnétiques mais des nanostructures. Deux types de structures seront étudiés. D’une part, nous regarderons des nanostructures « artificielles » dont les dimensions sont de l’ordre de 100 nm (disques, ellipses…) réalisées au laboratoire par lithographie électronique, et qui sont actuellement utilisées dans des dispositifs pour l’électronique de spin, notamment pour étudier les effets de transfert de spin. Si un grand nombre de mesures électriques est réalisé dans plusieurs laboratoires, il manque des informations sur la structure d’aimantation dans ces nanostructures, afin de mieux comprendre les effets observés.

D’autre part, nous regarderons des nanostructures « naturelles » beaucoup plus petites, des agrégats de quelques nanomètres de diamètre, et qui sont des candidats pour l’enregistrement magnétique à très haute densité. L’enjeu ici ne sera pas de résoudre la configuration d’aimantation qui est supposée homogène, mais de pouvoir réaliser des mesures de magnétométrie et transport sur agrégat unique. Il sera alors possible de réaliser des cycles d’hystérésis et surtout d’étudier la stabilité de l’aimantation dans ces structures. En effet, à cette taille, la température provoque une instabilité de la direction de l’aimantation appelée « effet superparamagnétique », qui induit un retournement aléatoire de la direction de l’aimantation. Avec le microscope, il sera possible de résoudre en temps réel les fluctuations lente afin de mieux comprendre ce phénomène et déterminer les solutions pour augmenter la stabilité de l’aimantation, étape indispensable avant de pouvoir utiliser les structures dans des dispositifs réels.

Mots clefs : Microscope à effet tunnel (STM), électronique de spin, nanostructures magnétiques, imagerie magnétique à haute résolution. Techniques principales utilisées : STM, environnement ultravide, lithographie électronique