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Des structures magnétiques 3D complexes révélées par une méthode originale d’holographie-tomographie

Etude 3D d’états multiples de vortex magnétiques

par Guy Molénat - publié le

En utilisant une méthode unique d’holographie électronique tridimensionnelle, des chercheurs du CEMES ont étudié dans des nanofils magnétiques de CoNi, la structure magnétique 3D d’états magnétiques multivortex longitudinaux et transversaux de chiralités différentes et mis en évidence une paroi de domaine inattendue séparant deux domaines vortex de chiralités opposées.

Les nanofils magnétiques cylindriques dans lesquels la direction d’aimantation facile est perpendiculaire à l’axe du fil (ou proche de), présentent des configurations magnétiques particulières uniques résultant de la compétition entre l’énergie d’échange et les énergies provenant des anisotropies magnétocristallines et de forme.

En collaboration avec l’IFW de Dresde, l’Université de Berlin, l’ICMM de Madrid et l’University del Valle de Cali, les chercheurs du CEMES ont utilisé une méthode unique d’holographie-tomographie électronique à champ vectoriel (VFET) pour étudier les configurations magnétiques des nanofils hcp/cfc de CoNi dans l’état rémanent permettant d’étudier la structure 3D de domaines magnétiques avec une résolution spatiale de 10 nm.

En fonction de la direction du champ magnétique appliqué perpendiculairement ou parallèlement à l’axe du fil avant les observations, ils ont pu stabiliser respectivement une chaîne de vortex transversal avec une modulation en zig-zag des lignes de vortex ou une configuration de vortex longitudinaux séparés par une paroi entre domaines de chiralité opposée (CDW).

Cette paroi entre domaines chiraux présente une forme 3D complexe caractérisée par l’expulsion des lignes de vortex opposées du nanofil (voir figure). Cette paroi inattendue et observée pour la première fois est démontrée être la plus stable par rapport aux parois magnétiques conventionnelles, pour minimiser à la fois l’échange et les énergies d’anisotropie.

En combinant les résultats expérimentaux et les simulations micromagnétiques menées sur des nanofils idéaux de forme cylindrique parfaite puis de la forme réelle obtenue par VFET, ils ont démontré l’impact des propriétés cristallines et de la forme réelle à l’échelle nanométrique sur les configurations magnétiques résultantes des nano-objets.

Reconstruction 3D de l’induction magnétique B à l’intérieur d’un nanofil CoNi par VFET et comparaison avec une simulation micromagnétique. Le fils est étudié à la remanence après l’application d’un champ magnétique dans la direction axiale. Les coupes centrales (xy) et (xz) des composantes de l’induction magnétique Bx et By à l’intérieur du nanofils visualisées par des flèches et des couleurs révèlent une configuration complexe dans la région hcp avec l’apparition des parois de domaines chiraux (CDW).

 

Publication : 

Field tunable three-dimensional magnetic nanotextures in cobalt-nickel nanowires. I. M. Andersen, D. Wolf, L. A. Rodriguez, A. Lubk, D. Oliveros, C. Bran, T. Niermann, U. K. Rößler, M. Vazquez, C. Gatel, and E. Snoeck - Phys. Rev. Research 3, 033085 (publié le 23 juillet 2021)

https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.3.033085

 

Contacts :

Christophe Gatel, christophe.gatel [chez] cemes.fr

Etienne Snoeck, etienne.snoeck [chez] cemes.fr