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


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Structure de paroi magnétique dans un nano-cylindre

publié le , mis à jour le

Des chercheurs du CEMES, en collaboration avec des chercheurs du LSI de l’Ecole Polytechnique, ont réussi à étudier la variation de structure 3D de parois magnétiques dans des nano cylindres de Nickel de diamètre variant entre 50 et 90 nm.

Image de phase magnétique dans un nanocylindre de 85 nm de diamètre (gauche) et composante de l’aimantation suivant l’axe du fil obtenu par simulation micromagnétique 3D (droite).

Les parois magnétiques sont des zones de transition séparant deux domaines aimantés uniformément. Elles peuvent présenter différentes formes géométriques (ex : vortex, transverse) en fonction de la forme de l’échantillon, ce qui leur confèrent des propriétés de propagation différentes comme par exemple sous l’effet d’un courant électrique. Cette dernière propriété est utilisée pour développer des dispositifs tels que des mémoires non volatiles ou des circuits logiques.

Depuis quelques années, les chercheurs se sont intéressés aux nano-cylindres car il est prédit que cette géométrie permet de propager des parois à des vitesses beaucoup plus élevées que dans les dispositifs classiques de la micro et nano électronique (nanofil, nanoruban) tout en consommant beaucoup moins d’énergie. Cependant, aucune démonstration expérimentale de la forme des parois dans ces nanostructures n’a jusqu’ici été réalisée, ce qui est crucial avant toute étude de propagation.

Des chercheurs du CEMES, ont réussi à cartographier la structure interne en 3D des parois magnétiques dans des nano-cylindres de Nickel de diamètre entre 50 et 85 nm, fabriqués par électrodéposition dans des membranes nano-poreuses en collaboration avec des chercheurs du LSI. Pour cela, ils ont utilisé l’holographie électronique en atteignant une résolution spatiale et magnétique jusqu’ici jamais obtenue. Ensuite, l’image de phase magnétique expérimentale est comparée à celle calculée par des simulations micromagnétiques de la structure comprenant l’aspect poly-cristallin observé par TEM. Cette approche a ainsi permis de démontrer qu’après saturation perpendiculaire à l’axe du fil, l’état magnétique rémanent présente une paroi transverse dans le cas de nano-cylindres de diamètre inférieurs à 60 nm alors qu’au-dessus de cette taille, les parois ont un caractère à la fois transverse et vortex.

Références

Imaging the Fine Structure of a Magnetic Domain Wall in a Ni Nanocylinder Nicolas Biziere, Christophe Gatel, Rémy Lassalle-Balier, Marie Claude Clochard, Jean Eric Wegrowe, and Etienne Snoeck. Nano Letters., 2013, 13 (5), pp 2053–2057.

 

 

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    Image de phase magnétique dans un nanocylindre