Etude structurale et magnétique de systèmes Fe/Mn
Résumé
This thesis is focused on the preparation and microstructural / magnetic characterization of exchange-biased Fe/Mn multilayers. The structural characterization was performed by transmission electron microscopy, which enabled the structures to be identified as α-Fe and α-Mn. It also evidenced the evolution of roughness at the interfaces as a function of the deposition temperature. Atom probe tomography allowed a local analysis of the interfaces. The linear concentration profiles obtained revealed an asymmetry of the Fe/Mn and Mn/Fe interfaces as well as the formation of an Fe-Mn alloy with a modulated concentration at the interfaces. It was found that the width of the Fe/Mn interface increases with increasing deposition temperature. Mössbauer spectroscopy measurements probed the local environment of Fe atoms. The Fe-rich areas are ferromagnetic with a hyperfine field distribution reflecting the modulated composition, and the Mn-rich areas are antiferromagnetic with a Néel temperature very close to that of α-Mn. The magnetic characterization was carried out primarily by SQUID magnetometry, which allows the net magnetization, exchange field and coercive field to be determined. Besides, the magnetization depth profiles were obtained by polarized neutron reflectometry which identified two types of Fe layers, and showed the influence of the growth temperature on the coercive field.
Ce travail de thèse a pour but l'élaboration et la caractérisation microstructurale / magnétique de systèmes multicouches Fe/Mn présentant un couplage d'échange anisotrope. La caractérisation structurale a été effectuée par microscopie électronique en transmission, ce qui a permis d'identifier les structures α-Fe et α-Mn ainsi que l'évolution de la rugosité aux interfaces avec la température de dépôt. Les analyses en sonde atomique tomographique ont permis d'obtenir une analyse locale des interfaces. Les profils linéaires de concentration obtenus ont révélé une asymétrie des interfaces Fe/Mn et Mn/Fe avec la formation de mélange Fe-Mn à concentration modulée aux interfaces, ainsi qu'une augmentation de la largeur de l'interface Fe/Mn avec la température de dépôt. Les mesures de spectroscopie Mössbauer ont permis d'identifier l'environnement local des atomes de Fe. Les zones riches en Fe sont ferromagnétiques avec une distribution de champ hyperfin reflétant la composition modulée, et les zones riches en Mn sont antiferromagnétiques avec une température de Néel sensiblement proche de celle du α-Mn. La caractérisation magnétique a été effectuée dans un premier lieu par magnétométrie à SQUID, ce qui a permis de déterminer l'évolution de l'aimantation globale des échantillons, le champ de d'échange et le champ coercitif. Par ailleurs, les profils d'aimantation en profondeur ont été obtenus par réflectométrie de neutrons polarisés, ce qui a permis d'identifier deux types de couches de Fe, ainsi que l'influence de la température d'élaboration sur le champ coercitif.
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