Propriétés et couplage d'échange dans le système modèle : Co/alpha-Fe2O3 - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2008

Properties and exchange coupling in the Co/alpha-Fe2O3 system

Propriétés et couplage d'échange dans le système modèle : Co/alpha-Fe2O3

Abstract

Antiferromagnetic (AF) oxides are of particular interest since adjacent ferromagnetic (F) - AF layers are the key configuration of so called "spin-valve" sensor devices. This exchange coupling phenomenon itself still raises some controversies. Nevertheless, it is now well accepted that the magnetic exchange coupling is promoted through the uncompensated interfacial spins. Consequently a complete description of the F-AF interface is required in order to correlate magnetic and interfacial properties.
We have studied the Co-hematite (alpha-Fe2O3) interface, a promising candidate with a high stability due to the large Curie and Néel temperatures of Co (1388 K) and hematite (955 K) respectively. Here we report on interfacial characterization and on the magnetic properties. Cobalt layers were investigated by complementary conventional and synchrotron radiation techniques at ELETTRA, BESSY, SLS and ESRF. Spectroscopy measurements have been used to characterize the chemical reactivity of the interface. Our investigations evidence the presence of a reactive interface. The Co layer adjacent to the hematite layer is partially oxidized, whereas we observe the presence of uncompensated Fe moments at the interface. Interestingly, this reaction occurs at - and seems limited to - the very early stages of the growth. We have studied the magnetic properties of these uncompensated Fe-moments by means of element specific dichroism and X-PEEM. Uncompensated Fe-moments are ferromagnetically coupled with the Co layer. Moreover, X-PEEM images directly reveal the onset of an exchange coupling since the Co layer exactly reproduces the hematite magnetic domains arrangement.
Le phénomène de couplage d'échange est à la base du fonctionnement des capteurs magnétiques modernes ainsi que des futures mémoires magnétiques non volatiles. Bien que ce phénomène ait été découvert il y a plus de 50 ans et que son principe soit déjà utilisé pour des applications industrielles, les mécanismes physiques mis en jeu ne sont pas entièrement compris. Dans ce contexte, nous avons choisi d'étudier le système Co/alpha-Fe2O3 qui peut être considéré comme un système modèle ferromagnétique/antiferromagnétique pour l'étude du couplage d'échange.
Les films d'hématite (alpha-Fe2O3) ont été élaborés par épitaxie par jet moléculaire assistée par plasma d'oxygène atomique et ensuite caractérisés avec les techniques usuelles de surface réalisées sous ultra-vide au laboratoire. La croissance, la structure ainsi que les propriétés magnétiques des films minces d'hématite ont été étudiées en détail par de nombreuses expériences réalisées sur grands instruments (rayonnement synchrotron et diffusion de neutrons). Le cobalt est ensuite déposé in-situ sur ces films d'hématite d'une épaisseur de 20 nm. Les différentes expériences ont mené à une description détaillée du magnétisme (moment magnétique, aimantation, domaines...) ainsi qu'à une caractérisation fine du système Co/alpha-Fe2O3 (structure, morphologie...). Une attention particulière a été portée à la description de l'interface, élément déterminant du couplage d'échange. Ce travail expérimental repose sur l'utilisation d'un vaste ensemble de techniques de laboratoire (AES, XPS, RHEED, LEED, MOKE, VSM) complété par des expériences utilisant le rayonnement synchrotron (XAS, XMLD, XMCD, X-PEEM, GIXD, GISAXS) et la diffusion des neutrons.
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Dates and versions

tel-00341003 , version 1 (24-11-2008)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00341003 , version 1

Cite

Odile Bezencenet. Propriétés et couplage d'échange dans le système modèle : Co/alpha-Fe2O3. Matière Condensée [cond-mat]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00341003⟩
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