Excitations magnétiques hautes fréquences dans des films minces à aimantation non uniforme
Résumé
This report addresses the study of small amplitude magnetic excitations in thin films with nonuniform magnetization distributions in the high-frequency range, typically between a few tens of MHz and a few tens of GHz. The ideal case of magnetic films possessing a perpendicular anisotropy and supporting an equilibrium magnetization configuration corresponding to parallel and periodic stripes is investigated in detail. For high values of the perpendicular anisotropy, the theoretical dynamic susceptibility spectra computed using analytical models and then by means of 2D dynamic micromagnetic simulations reveal several excitations localized either within the magnetic domains or within the magnetic domain walls. These results were satisfactorily compared with those deduced from ferromagnetic resonance measurements performed on single-crystal ferrimagnetic garnet films. However, the experimental linewidths of domain wall excitations exceed those computed using the Gilbert dissipative term. For low values of the perpendicular anisotropy, the theoretical dynamic susceptibility spectra present multiple excitations due to the highly heteregeneous equilibrium magnetization configuration of weak stripe-type. Modal analyses performed from the dynamic micromagnetic simulations indicate the existence of surface and volume modes localized in different spin regions of thin films. The influence of different parameters (perpendicular anisotropy, film thickness, static magnetic field) on the main features of spectra (number of resonances, resonance frequencies, intensities, and linewidths) is then investigated. These dynamic micromagnetic simulations allow to interpret some complex experimental dynamic permeabilty spectra measured on amorphous ferromagnetic films. Some outlooks concerning the small amplitude spin dynamics in different magnetic objects are then presented.
L'étude des excitations magnétiques de faible amplitude existant dans des films minces à aimantation non uniforme dans la gamme des hautes fréquences, typiquement entre quelques dizaines de MHz et quelques dizaines de GHz, constitue le sujet de ce mémoire. Le cas idéal de films magnétiques possédant une anisotropie perpendiculaire et présentant une configuration d'équilibre de l'aimantation sous forme de rubans parallèles et périodiques est étudié en détail. Dans le cas de films à forte anisotropie perpendiculaire, les spectres théoriques de susceptibilité dynamique calculés à l'aide de modèles analytiques puis, à partir de simulations numériques 2D de micromagnétisme dynamique, font apparaître des excitations localisées soit à l'intérieur des domaines magnétiques soit à l'intérieur des parois magnétiques. Ces résultats ont été comparés de façon satisfaisante avec des résultats expérimentaux issus de mesures de résonance ferromagnétique réalisées sur des films monocristallins de grenats ferrimagnétiques. Toutefois, les largeurs de raie expérimentales associées aux excitations de parois excèdent celles calculées en utilisant le terme dissipatif de Gilbert. Dans le cas de films à faible anisotropie perpendiculaire, les spectres théoriques de susceptibilité dynamique présentent de multiples excitations magnétiques liées à la forte hétérogénéité des configurations d'équilibre de l'aimantation de type rubans faibles. Les analyses modales effectuées à partir des simulations micromagnétiques dynamiques indiquent l'existence de modes de surface et de volume localisés dans différentes régions de spins à l'intérieur du film. L'influence de différents paramètres (anisotropie perpendiculaire, épaisseur du film, champ magnétique statique) sur les principales caractéristiques des spectres (nombre de résonances, fréquences de résonance, intensités et largeurs de raie) est ensuite étudiée. Ces simulations micromagnétiques dynamiques permettent d'interpréter des spectres expérimentaux complexes de perméabilité dynamique mesurés sur des films ferromagnétiques amorphes. Quelques perspectives concernant la dynamique de l'aimantation de faible amplitude dans différents objets magnétiques sont ensuite présentées.