Magnetic tunnel junctions based on perpendicular magnetized electrodes:
- Elaboration, structural characterizations
- Coupling phenomena, magnetotransport
- Extension to heterostructures for spin injection in III-V semiconductors
Jonctions tunnel à aimantation perpendiculaire :
- Croissance, caractérisations structurales
- Phénomènes de couplage, magnétotransport
- Extension aux hétérostructures pour l'injection de spins dans les semiconducteurs III-V
Résumé
This thesis aimed at the elaboration by epitaxy and the characterization of devices designed for spintronic applications: magnetic tunnel junctions (FePt/MgO/FePt) and hybrid heterostructures ferromagnetic metal / semiconductor III-V (FePt/MgO/GaAs). In both cases we used MgO as an insulating barrier and FePt ferromagnetic electrodes with magnetization perpendicular to the surface plane (the L10 ordered alloy). This ferromagnetic material has been chosen for the purpose of creating future magnetic memories because its large anisotropy enables a stable magnetic information.
Different magnetic behaviors have been shown for each of the two electrodes of the magnetic tunnel junctions. Structural characterizations of the system performed during the growth process led us to attribute this effect to the epitaxial strain of the thin films. Surprisingly at first sight, the magnetic decoupling of the system is not guaranteed in the general case because of the strong magnetization of the ferromagnetic layers that induces a strong stray field during the magnetization reversals. We also were able to deduce, by experiments and calculations, the influence of the thickness of the electrodes on the general magnetic properties of the device. Studies of magnetization reversal dynamics have shed some light on the key role played by the pinning of the domain walls during the magnetization reversals.
All-epitaxial FePt/MgO/GaAs hybrid systems were elaborated by combining different deposition chambers. We managed to grow systems exhibiting the desired structural and magnetic properties.
Different magnetic behaviors have been shown for each of the two electrodes of the magnetic tunnel junctions. Structural characterizations of the system performed during the growth process led us to attribute this effect to the epitaxial strain of the thin films. Surprisingly at first sight, the magnetic decoupling of the system is not guaranteed in the general case because of the strong magnetization of the ferromagnetic layers that induces a strong stray field during the magnetization reversals. We also were able to deduce, by experiments and calculations, the influence of the thickness of the electrodes on the general magnetic properties of the device. Studies of magnetization reversal dynamics have shed some light on the key role played by the pinning of the domain walls during the magnetization reversals.
All-epitaxial FePt/MgO/GaAs hybrid systems were elaborated by combining different deposition chambers. We managed to grow systems exhibiting the desired structural and magnetic properties.
Le sujet de cette thèse est l'élaboration par épitaxie et la caractérisation de dispositifs pour l'électronique de spin, à savoir une jonction tunnel magnétique (FePt/MgO/FePt) et une hétérostructure hybride métal ferromagnétique / semiconducteur III-V (FePt/MgO/GaAs). L'approche retenue dans les deux cas a été l'utilisation d'une barrière isolante MgO et d'électrodes ferromagnétiques présentant une aimantation perpendiculaire au plan de la couche, réalisées en alliage ordonné FePt (phase L10) ; le choix de ce matériau a été adopté dans l'optique de créer des mémoires magnétiques, sa forte anisotropie permettant de stabiliser l'information magnétique.
Dans le cas des jonctions tunnel magnétiques, une singularisation des propriétés magnétiques de chacune des électrodes a été mise en évidence. Des caractérisations structurales du système en cours de croissance ont permis de relier ce phénomène aux contraintes épitaxiales des films minces. De façon apparemment surprenante, le découplage magnétique du dispositif n'est pas assuré dans le cas général, la forte aimantation des électrodes étant à l'origine d'un champ de fuite très important lors des renversements d'aimantation. Nous avons mis en évidence (expérimentalement et analytiquement) un effet d'épaisseur des couches influant sur le comportement magnétique général du système. Des mesures de dynamique de renversement d'aimantation ont souligné le rôle prépondérant du piégeage des parois de domaine lors des renversements d'aimantation.
Les systèmes hybrides FePt/MgO/GaAs ont été élaborés en tout-épitaxie en combinant différents bâtis de dépôt. Nous avons montré la faisabilité d'un système présentant de très bonnes propriétés structurales et magnétiques.
Dans le cas des jonctions tunnel magnétiques, une singularisation des propriétés magnétiques de chacune des électrodes a été mise en évidence. Des caractérisations structurales du système en cours de croissance ont permis de relier ce phénomène aux contraintes épitaxiales des films minces. De façon apparemment surprenante, le découplage magnétique du dispositif n'est pas assuré dans le cas général, la forte aimantation des électrodes étant à l'origine d'un champ de fuite très important lors des renversements d'aimantation. Nous avons mis en évidence (expérimentalement et analytiquement) un effet d'épaisseur des couches influant sur le comportement magnétique général du système. Des mesures de dynamique de renversement d'aimantation ont souligné le rôle prépondérant du piégeage des parois de domaine lors des renversements d'aimantation.
Les systèmes hybrides FePt/MgO/GaAs ont été élaborés en tout-épitaxie en combinant différents bâtis de dépôt. Nous avons montré la faisabilité d'un système présentant de très bonnes propriétés structurales et magnétiques.
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