Etude quantitative de la configuration magnétique dans un nanofils de FeCoCu de diamètre modulé

mercredi 19 octobre 2016

Le groupe I3EM du CEMES, en collaboration avec le groupe « Nanomagnetism and Magnetization Processes » (CIMM - Madrid - Espagne), a effectué la caractérisation magnétique quantitative de nanofils isolés de FeCoCu de diamètre modulé en combinant la technique d'holographie électronique et des simulations micromagnétiques. Les expériences d'holographie électronique ont été réalisées sur le microscope I2TEM (Hitachi – projet Equipex « MIMETIS »). Une connaissance détaillée des configurations magnétiques dans ces nanofils cylindriques est indispensable pour permettre, dans une deuxième étape, la maitrise de la propagation contrôlée des parois de domaines dans ces nano-objets pour des applications en spintronique, dans le stockage de données et le développement de systèmes logiques.

Les travaux visant à élaborer des nanostructures magnétiques 1D adéquates et des méthodes efficaces pour maîtriser le mouvement des parois de domaines magnétiques (DWs) dans celles-ci sont essentiels pour la réalisation de dispositifs magnétiques tels que des « Racetrack memories » [1] et/ou des systèmes logiques magnétiques [2]. Bien que de grands efforts ont été menés pour étudier la structure et la propagation de DWs dans les nanofils (NWs) plans obtenus par lithographie, les NWs cylindriques font l'objet d'un fort intérêt en raison de la grande vitesse de propagation des DWs due à l'absence d'une vitesse limite (Walker breakdown) dans ces nanostructures 1D [3]. Une des possibilités pour contrôler le mouvement des DW est de réaliser des NWs cylindriques dans lesquels le diamètre du nanofils varie périodiquement.

Dans cet article, nous avons analysé la distribution magnétique locale à la rémanence dans des nanofils cylindriques de FeCoCu de diamètre modulé. Une description complète de l'aimantation et du champ démagnétisant a été réalisée en combinant les performances de l'holographie électronique (EH) (i.e. grande résolution spatiale, haute sensibilité, mesure quantitative de l'aimantation locale) et les capacités tridimensionnelles des simulations micromagnétiques permettant de décrire la configuration locale des spins. Des nanofils polycristallins d'alliage Fe28Co67Cu5 ont été fabriqués par croissance électrochimique dans des nano-pores de diamètres modulés obtenus dans un film d'oxyde d'aluminium anodique (AAO). Bien que la cartographie bidimensionnelle de l'induction magnétique mesurée par EH indique une configuration en monodomaine avec l'aimantation parallèle à l'axe du NW et des champs de fuite généré au voisinage des régions où le diamètre varie, les simulations micromagnétiques révèlent une configuration de spin plus complexe fortement affectée par la géométrie du NWs (voir la figure) : (i) dans les zones proches des changements de diamètre et en bout du NW, des états de vortex-like apparaissent ; (ii) dans les segments de petit diamètre, les spins sont parfaitement alignés le long de l'axe du NW ; (iii) dans les segments de plus grands diamètres, l'alignement longitudinal des spins est courbé en raison de la proximité des états de vortex de (i). La géométrie à diamètre modulé des fils induit des charges magnétiques locales qui contrôlent le champ de fuite local comme démontré expérimentalement.
Les changements locaux de l'aimantation et la configuration particulières des champs démagnétisant mis en évidence dans ces nanofils à diamètres modulés sont une étape clé pour permettre le contrôle des mouvements de parois dans ces nanostructures.

 

Références

[1] S. S. P. Parkin et. al. Science 320 (2008) p 190-194

[2] D. A. Allwood Science 309 (2005) p 1688-1692

[3] M. Yan et. al. Phys. Rev. Lett. 104 (2010) 057201

 

This work has been supported by ESTEEM2 (Reference No. 312483), the French National Research Agency under the ‘Investissement d'Avenir' (Reference No. ANR-10-EQPX-38-01), the project MAT2013-48054-C2-1-R from the MINECO-Spain and CPER programs.

 

Référence de l'article

L. A. Rodríguez, C. Bran, D. Reyes, E. Berganza, M. Vázquez, C. Gatel, E. Snoeck and A. Asenjo. “Quantitative Nanoscale Magnetic Study of Isolated Diameter-Modulated FeCoCu Nanowires” ACS Nano, Article ASAP (2016). DOI : 10.1021/acsnano.6b05496

JPEG - 75.9 ko
Représentations 3D et 2D de l'état magnétique rémanent obtenu pas simulation micromagnétique,
Centre : Image 2D de l'induction magnétique dans et autour du NW obtenu par Holographie Electronique
Bas : Image TEM à faible grossissement d'un nanofil de FeCoCu à diamètre modulé.

Contact

Luis Alfredo Rodriguez (rodriguez chez cemes.fr) tel : +33562257891

Christophe Gatel (gatel chez cemes.fr) tel : +33567524349

 

 

Filtre

Date

Agenda