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Université Joseph-Fourier - Grenoble I (20/10/2005), Rodmacq Bernard (Dir.)
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Effets de taille finie sur les couplages magnétostatiques et l'anisotropie d'échange dans le domaine de l'enregistrement magnétique
Vincent Baltz1

Le sujet de cette thèse est l'étude des effets de taille finie sur les propriétés fondamentales de matériaux utilisés dans les dispositifs associés au stockage magnétique de l'information. Nous proposons l'approche multiniveaux comme alternative possible pour augmenter les densités de stockage des media planaires ou perpendiculaires, continus ou discrets. En fonctionnement, une couche doit être manipulée sans modifier l'état magnétique des autres couches. La première partie de ce mémoire est consacrée à l'étude des effets de taille finie sur les couplages magnétostatiques dans des systèmes composés de deux couches ferromagnétiques à base de cobalt/platine à anisotropie perpendiculaire, séparées par un métal non-magnétique. Pour des états désaimantés, nous avons mis en évidence la corrélation des configurations en domaines des couches, attribuée aux couplages inter-couches. Pour différentes impulsions de champs, la réplication des domaines nous a permis d'observer des états rémanents singuliers permettant de mieux comprendre le phénomène. Pour des réseaux de nanostructures, la réplication due aux couplages intra-nanostructure se manifeste par un décalage en champ du cycle d'hystérésis sur la couche de plus faible champ coercitif. Le seconde partie de ce mémoire traite des effets de taille finie sur les propriétés d'anisotropie d'échange pour des bicouches ferromagnétique/antiferromagnétique typiquement utilisées dans les têtes de lecture d'ordinateurs. Pour des systèmes à anisotropie planaire, nous avons montré que les nanostructures et les antiferromagnétiques minces sont plus sujets à l'activation thermique. Il en résulte une augmentation ou une réduction du champ d'échange pour les nanostructures par rapport aux couches continues en fonction des conditions d'épaisseur d'antiferromagnétique et de température. Ces résultats permettent de lever certaines contradictions apparentes de la littérature. Pour des couches continues à anisotropie perpendiculaire, l'orientation relative des spins du ferromagnétique et de l'antiferromagnétique influence de manière significative les propriétés d'anisotropie d'échange. L'impression des domaines du ferromagnétique dans l'antiferromagnétique, par traitements thermiques permet de générer des cycles d'hystérésis « doubles » et d'ajuster leurs propriétés magnétiques. Des premiers résultats prometteurs concernant les effets de taille finie sur les propriétés des systèmes à anisotropie perpendiculaire ont été obtenus.
1:  SPINTEC - UMR 8191 - SPINtronique et technologie des composants
NANOSTRUCTURES – COUPLAGES MAGNETOSTATIQUES – REPLICATION DE DOMAINES – STOCKAGE MULTINIVEAUX – ANISOTROPIE D'ECHANGE – ACTIVATION THERMIQUE – MULTICOUCHE CO-PT – BICOUCHES NIFE-IRMN

This thesis aims at a better understanding of finite size effects on the fundamental properties of materials used in devices related to magnetic data storage. We suggest a multilevel approach as an alternative to enhance storage densities of planar or perpendicular, continuous or patterned media. Thus the manipulation of one layer without altering the magnetic states of the others is required. The first part of the manuscript is dedicated to the study of finite size effects on magnetostatic couplings. The stacks are composed of two cobalt/platinum based ferromagnets separated by a non-magnetic layer. The replication of magnetic domain configurations in the two layers in the demagnetized state has been ascribed to inter-layer couplings. The use of field pulses results in singular replicated configurations. It allowed us to better understand the phenomenon. For patterned arrays, the replication due to intra-nanostructures couplings manifests itself by a shift of the soft layer hysteresis loop. The second part of the manuscript deals with finite size effects on the exchange bias properties of ferromagnetic/antiferromagnetic bilayers, typically used in magnetoresistive read-heads. For systems with in plane anisotropy, we show that nanostructures and thin antiferromagnets are more prone to thermal activation. As a result, the exchange field can be larger or smaller in the nanostructures with respect to the continuous films depending on both the antiferromagnet thickness and temperature conditions. These results allowed us to shed light on contradictory results from the litterature. For systems with out-of-plane anisotropy, the influence of the relative orientation of the ferromagnet and antiferromagnet spins on the exchange bias properties is very critical. The imprint of ferromagnetic domains in the antiferromagnet through thermal treatments results in “double” hysteresis loops which properties can be tailored. Promising results were obtained for a better understanding of finite size effects on the out-of-plane exchange bias properties.
NANOSTRUCTURES – MAGNETOSTATIC COUPLINGS – DOMAINS REPLICATION – MULTILEVEL STORAGE – EXCHANGE BIAS – THERMAL ACTIVATION – CO-PT MULTILAYERS – NIFE-IRMN BILAYERS

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