Developpement d'un code de calcul micromagnetique 2D et 3D: Application a des systemes reels de types films, plots et fils
Résumé
The magnetic behavior of lateral confined ferromagnetic systems is of great interest both from a fundamental and a technological point of view. The understanding of the effects induced by reducing the system sizes requires a combined experimental and theoretical study. The aim of this work is to develop specific numerical tools for the investigation of ferromagnetic systems based on micromagnetic modelling. A finites differences method is used for the evaluation of the energies and the fields describing the magnetic configuration of the system. The minimization procedure of the free energy includes the time integration of the Landau-Lifshitz-Gilbert equation. The improvement of the numerical precision, the enhancement of the stability of the integration scheme and the validation of the codes developed against standard problems as well as against experimental results, has been a permanent effort throughout this work. The flexibility of such a numerical approach allows us to investigate bi- and tri-dimensional, periodic and non-periodic systems. In particular, the details of the magnetization configuration of domain walls in Co thin films with in-plane or out-of-plane magnetocrystalline anisotropy have been obtained and analyzed as a function of the thickness of the film and the externally applied field. The 3D simulation studies of the cylindrical Co dots have established the limits of stability of different magnetic configurations depending on the dot sizes and the material parameters. Special attention has been given to the evolution of the vortex state and its stability under a perpendicular applied field. The tri-dimensional features of the domain walls in epitaxial Co wires with magnetocrystalline anisotropy parallel or perpendicular to the wire axis have been confirmed.
Le comportement des systèmes magnétiques submicroniques suscite un vif intérêt, motivé par le progrès continu des techniques de nano-fabrication et entretenu par une multitude d'applications potentielles (mémoires non-volatiles). La compréhension des effets induits par le confinement de la taille latérale des systèmes magnétiques combine le micromagnétisme expérimental et numérique. L'objectif de ce travail est de développer des outils numériques appropriés à l'étude du magnétisme des structures de dimensions réduites, en utilisant la modélisation micromagnétique. L'approximation des différences finies est utilisée pour l'évaluation des énergies et des champs internes qui décrivent l'état du système. L'algorithme de la minimisation de l'énergie libre repose sur l'intégration temporelle de l'équation de Landau-Lifshitz-Gilbert. L'amélioration de l'approche numérique (la précision du calcul, la stabilité du schéma d'intégration) ainsi que sa validation à travers des problèmes test et des résultats expérimentaux représentent les premières étapes de nos travaux. Cette approche numérique flexible nous a permis d'étudier des systèmes bi- et tri-dimensionnels, périodiques et non-périodiques. Ainsi, les détails de la structure interne des parois de domaines dans des couches minces de Co à anisotropie magnétocristalline uniaxiale planaire ou perpendiculaire ont été obtenus et analysés en fonction de l'épaisseur de la couche et du champ externe appliqué. L'étude menée sur les plots cylindriques de Co nous a permis d'établir les limites de stabilité des différents états magnétiques en fonction de la taille latérale et des paramètres de matériau. Notamment l'état de type vortex, favorisé par la symétrie circulaire de l'objet, a été analysé pour un champ appliqué perpendiculairement au plan du plot. Le caractère tridimensionnel des parois de domaines dans des nanofils de Co épitaxiés à anisotropie magnétocristalline parallèle ou perpendiculaire à l'axe du fil a été mis en évidence.