Magneto-optical determination of the in-depth magnetization profile in magnetic multilayers
Résumé
In this work, some open problems concerning the investigation and interpretation of magnetic properties of thin film metallic multilayers are treated by Magneto-Optics (MO). More precisely, the Magneto-Optical Kerr Effect (MOKE) and Magneto-Optical Second Harmonic Generation (MOSHG) of light are used to determine the properties of individual layers and interfaces. This thesis solves several problems: A new technique is proposed to separate the MOKE contributions, coming from ferromagnetic( FM)/non-FM interfaces and from the contributions of the FM layer themselves. This method is applied with success to study the Au/Co/Au(111) interfaces. It is shown how one can measure selectively the MOKE contributions coming only from one FM layer, canceling the contributions from the others. Firstly, a very usefull depth sensitivity function is introduced. Some previously proposed solutions for separating MOKE from a single FM layer in a FM bilayer structure are unified. For a system composed of several FM layers, two new techniques are introduced, the “Parallel Kerr vectors” and the “Cascade Numerical Projection”. For separating FM signals issued from individual FM layers, a simple procedure is proposed to determine the depth of a FM layer associated with a given MOKE component. A new type of MOKE effect has been discovered here. It is observed when a FM layer is grown on a vicinal surface, and it is called Vicinal-Induced Surface MOKE (VISMOKE). VISMOKE is linked to the in-plane magnetization and curiously exists even at zero angle of incidence (no MO effect linear in magnetization was expected before in this configuration). VISMOKE is evidenced and interpreted here for a Co layer deposited on a Au(322) vicinal surface. Up to now, there was no theory predicting which interface gives the larger MOSHG contribution in a multilayer structure. A new approach is introduced here, treating the MOSHG from the radiation of an ensemble of electric point dipoles located at interfaces. This allows to introduce the depth and the spatial distribution of radiating dipoles inside a non-isotropic structure. It is shown that the magnetic contrast in the pp-MOSHG configuration is always more sensitive to air/metal or dielectric/metal interfaces than to metal/metal interfaces.
Dans ce travail, on traite de problèmes relatifs à l'investigation et à l'interprétation des propriétés magnétiques de multicouches en couches minces à partir de la Magnéto-Optique (MO), soit par Effect Kerr Magnéto-Optique (MOKE), soit par Magnéto-Optique sur la Génération de Seconde Harmonique (MOSHG). Dans ce mémoire, on doit distinguer plusieurs parties: On propose une nouvelle technique, permettant de séparer les contributions MOKE provenant des interfaces ou des couches ferromagnétiques (FM). Cette méthode a permis d'étudier le magnétisme des interfaces dans la structure Au/Co/Au(111). Par MOKE on peut mesurer sélectivement les contributions MO provenant d'une seule couche FM dans la structure multicouche. A cet effet, la fonction de sensibilité en profondeur a été introduite. On a unifié des solutions proposées précédemment pour séparer le MOKE d'une seule des couches FM dans une structure bicouche FM. Deux nouvelles techniques ont été proposées (la méthode des "vecteurs Kerr parallèles" et par "projection numérique en cascade"), pour séparer les signaux FM issus des différentes couches FM individuelles. Une procédure simple a été proposée pour déterminer la profondeur de la couche FM associée à une composante Kerr donnée. Nous avons découvert un nouvel effet Kerr MO, présent pour des couches FM déposées sur une surface vicinale; on l'a appelé "Vicinal-Induced-Surface-MOKE" (VISMOKE). Le VISMOKE est associé à l'aimantation planaire et il existe même pour un angle d'incidence nul. Le VISMOKE a été mis en évidence sur une couche de Co déposée sur une surface vicinale Au(322). Un formalisme original permettant de calculer les effets MOSHG a été proposé. Jusqu'à présent, aucune théorie n'existait pour préciser quelle interface procurait la plus forte contribution MOSHG dans une structure multicouche. Le formalisme est basé sur l'emission de lumière par un ensemble de dipôles électriques ponctuels aux interfaces et permet d'introduire une distribution latérale et en profondeur des dipôles dans une structure non-isotrope. Nous avons montré, par exemple, que le contraste magnétique MOSHG dans la configuration pp est toujours plus sensible aux interfaces air/métal ou diélectrique/métal qu'aux interfaces métal/métal.
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