Micro bobines à champ pulsé : applications aux champs forts et à la dynamique de renversement de l'aimantation à l'échelle de la nanoseconde par effet Kerr et Dichroïsme Circulaire Magnétique de rayons X
Résumé
In this thesis we have developed three techniques for the dynamic measurement of magnetisation reversal on the nanosecond time scale using micro coils as a source of pulsed field. The dynamic behaviour of several thin film magnetic systems was studied. With the time resolved X-rays Magnetic Circular Dichroism (XMCD) technique developed at the ESRF, one obtains the chemical selectivity in species as well as a temporal resolution of 100 ps. That enabled us to carry out studies on magnetisation reversal and dynamic coupling in spin valve and tunnel junction type structures. Under certain conditions of pulsed field the magnetisation reversal dynamics of the free layer (FeNi) is about one nanosecond. In these structures, depending on the thickness of the nonmagnetic layer, the dynamic coupling between the free and the hard layers can be very different from the static one. The Kerr/Faraday dynamic technique was shown to be effective for the dynamic study of thin films with strong perpendicular anisotropy due to the possibility of obtaining high magnetic fields (up to 10 T) associated with a high sensitivity (~2x10(+8) µB). With the time resolved Kerr/Faraday imaging technique we have studied the magnetisation reversal of a magnetic garnet following a field pulse. The processes involved in the reversal are easily identified by the time resolved image of the magnetic domains. With the micro coils developed in collaboration with the LETI, we showed the possibility of obtaining very strong magnetic fields (up to 50 T) at a very low cost compared with conventional high field installations. For the continuation of this work we consider the development of a dynamic technique of imaging with high spatial resolution (tens of nm) and chemical selectivity based on a PEEM microscope (Photoemission Electron Microscope).
Dans cette thèse nous avons développé trois techniques de mesures dynamiques du renversement de l'aimantation à l'échelle de la nanoseconde en utilisant des micro bobines comme source de champ pulsé. Le comportement dynamique de plusieurs systèmes magnétiques sous la forme de couches minces a été étudié. Avec la technique de Dichroïsme Circulaire Magnétique de Rayons X (XMCD) résolu en temps développée à l'ESRF on obtient la sélectivité en espèce chimique outre à une résolution temporelle de 100 ps. Cela nous a permis d'effectuer des études du renversement de l'aimantation et du couplage dynamique dans des structures du type vanne de spins et jonctions tunnel. Dans certaines conditions de champ pulsé le temps de renversement de l'aimantation de la couche libre (FeNi) est de l'ordre de la nanoseconde. Dans ces structures, suivant l'épaisseur de la couche non magnétique, le couplage dynamique entre les couches libre et dure peut être très différent de celui statique. La technique de mesure dynamique Kerr/Faraday s'est montrée assez efficace pour l'étude dynamique des couches minces à forte anisotropie perpendiculaire grâce aux possibilités de champs importants (jusqu'à 10 T) associées à une haute sensibilité (~2 x 10(+8) µB). Avec la technique d'imagerie Kerr/Faraday résolue en temps on a pu suivre le renversement d'un grenat magnétique suite à une impulsion de champ. Les processus du renversement sont facilement identifiés par la visualisation dynamique des domaines magnétiques. Avec les micro bobines développées en collaboration avec le LETI, nous avons pu montrer la possibilité d'obtenir des champs magnétiques très forts (jusque 50 T) à un très bas coût comparé aux installations conventionnelles. Pour la suite de ce travail nous envisageons le développement d'une technique d'imagerie dynamique avec haute résolution spatiale (dizaine de nm) et sélectivité chimique basée sur un microscope PEEM (Microscope à photoémission d'électrons).
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