Study of magnetic thin fims by polarized neutron reflectometry. Off-specular scattering on periodic structures.
Etude de couches minces magnétiques par réflectivité de neutrons polarisés. Diffusion hors spéculaire sur des structures périodiques.
Résumé
Theoretical (Zeeman energy effects) and experimental (beam polarisation problems) progress have been made in the understanding of polarized neutron reflectivity with polarisation analysis. It has been shown that modelisation and numerical simulations makes it possible to avoid to have to systematically measure a full set of reflectivity curves for each field and temperature condition. It has been possible to determine a magnetic profile as a function of the field in a magnetic bilayer system by using only a few points in the reciprocal space. This technique allows to considerably reduce the experiment time. In single nickel layer systems, we have shown that it is possible to induce magnetic rotation inhomogeneities when these systems are subjects to deformation strains. The effect are related to magneto-elastic constants gradients. In trilayer systems, with a ME constant modulation, we have been able to induce large magnetic rotation gradients. A new magneto-optic technique to mesure the magnetization direction without rotating the magnetic field has been developed. The field of neutron reflectivity has been extended to off-specular studies. It has been possible to accout quantitatively of the off-specular diffusion on 2D model systems (prepared by optical lithography). This new technique should make it possible in the future to determine magnetic structures with a in-depth as well as lateral resolution.
Des progrès importants ont été faits dans la compréhension de la technique de réflectivité de neutrons polarisés avec analyse de polarisation à la fois sur le plan théorique (effets d'énergie Zeeman) et expérimental (polarisation des faisceaux). Nous avons montré que la modélisation des expériences de réflectivité et leur simulation numérique permet de se dispenser de mesurer systématiquement l'ensemble des courbes de réflectivité pour chaque condition de champ et de température. Pour un système de bicouches magnétiques, il a été possible d'obtenir des informations magnétiques résolues en profondeur en fonction du champ magnétique appliqué grâce à quelques points expérimentaux de l'espace réciproque. Cette technique permet de réduire considérablement les temps d'expérience. Dans des systèmes de couches simples de nickel, nous avons montré qu'il est possible d'induire des inhomogénéités de rotation de l'aimantation lorsque ces systèmes sont soumis à des contraintes de déformation. Ces effets sont liés à des gradients de constante magnéto-élastique (ME). Dans des systèmes de tricouches à constante ME modulée nous avons pu induire des gradients de rotation d'aimantation importants. Une nouvelle technique magnéto-optique de mesure de la direction de l'aimantation dans des films minces sans rotation du champ magnétique extérieur appliqué a été démontrée. Le champ d'utilisation de la réflectivité de neutrons a été étendu au domaine non spéculaire. Il a été possible de rendre compte quantitativement de la diffusion hors spéculaire sur des systèmes 2D modèles de réseaux lithographiés. Cette nouvelle technique permettra à moyen terme de déterminer quantitativement l'aimantation de structures magnétiques avec une résolution non seulement en profondeur mais aussi latéralement dans le plan des couches magnétiques.