Centre d’Élaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales (UPR 8011)


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Le magnétisme du MnAs sous tous les angles

Publié dans Physical Review B

par Evelyne Prevots - publié le , mis à jour le

Le MnAs est un semiconducteur magnétique original car il présente une transition structurale accompagnée d’une disparition de l’ordre ferromagnétiques proche de la température ambiante. Son dépôt sous forme de film mince permet de stabiliser ces configurations magnétiques liées à la cristallographie du matériau. Dans un microscope électronique en transmission, les mesures magnétiques peuvent être effectuées grain par grain grâce à une technique récente et prometteuse : l’EMCD (electron magnetic chiral dichroism).

Le MnAs a suscité de nombreuses études liées à la disparition de sa phase ferromagnétique accompagnée d’une transition structurale proche de la température ambiante. Sous forme cristalline, ce matériau présente des axes facile, intermédiaire et difficile d’aimantation dont les signatures sont étudiées en mesurant les cycles d’hystérésis macroscopiques. La mesure locale des moments magnétiques par EMCD (electron magnetic chiral dichroism) dans un microscope électronique en transmission permet de quantifier l’anisotropie magnétocristalline selon ces différents axes.

L’EMCD peut être comparé au XMCD (X-ray Magnetic Circular Dichroism), technique proposée en 1988 pour mesurer les moments magnétiques grâce à un rayonnement synchrotron. Lors de l’interaction avec l’échantillon, le faisceau incident (électronique ou rayons X) cède de l’énergie au matériau qui permet la transition d’électrons de cœur vers des niveaux excités. L’exploration des bandes électroniques vides permet d’avoir accès à des informations cristallographiques, sur les liaisons chimiques mais également sur le remplissage des bandes et donc le magnétisme. Des spectres, soit d’absorption X, soit de pertes d’énergie des électrons (EELS) dans le MET sont enregistrés pour déterminer ces informations. La résolution spatiale accessible dans un MET permet des mesures en EMCD pour sonder localement les moments magnétiques.

La transition structurale du MnAs a été étudiée par diffraction, in-situ dans le MET grâce à un porte-objet chauffant, sur plusieurs grains du film. En parallèle, les spectres EMCD ont été enregistrés sur ces mêmes grains prouvant que la transition structurale s’accompagne d’une disparition de l’ordre ferromagnétique.

Différents échantillons de MnAs ont ensuite été préparés sous forme de lames minces observables en MET selon les 3 directions correspondant aux axes facile, difficile et intermédiaire. La mesure du signal EMCD sur ces trois échantillons a permis de montrer, pour la première fois grâce à cette technique, la variation de moments magnétiques selon les 3 axes.

Ce projet a été soutenu par l’ANR EMMa (ANR12 BS10 013 01).

 

Référence

X. Fu et al., “In Situ Observation of Ferromagnetic Order Breaking in MnAs/GaAs(001) and Magnetocrystalline Anisotropy of Alpha-MnAs by Electron Magnetic Chiral Dichroism,” Physical Review B 93, no. 10 (March 11, 2016) : 104410, doi:10.1103/PhysRevB.93.104410.

 

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