Renversement d' aimantation par injection d' un courant polarise en spin
Résumé
This thesis is dedicated to the experimental study of the spin transfer effect. This mecanism was introduced theoratically in 1996 by J. Slonczewski. It allows to switch the magnetization of a ferromagnet without any applied field, only by injection of a spin polarized current and subsequent transfer of spin towards the ferromagnet. High current densities (about 107 A.cm-2), are required to reverse a magnetization by spin tranfer. Experimental evidence of the spin transfer effect can then only be reached by processing nanostructures. We have followed two different paths in order to caracterize this new spin transfer effect between a current and a magnetization. On one hand, similarly to the very first experimental results obtained at Cornell University in 2000, we have studied the effect in submicron Co/Cu/Co magnetic pillars. We have clearly evidenced the magnetization reversal by a spin polarized current at zero field. We have then focused on the field dependence of the critical curents. This study has allowed us to draw, experimentally as well as theoratically, the field vs. current phase diagram, bringing out important informations concerning the microscopic mecanisms at the origin of the magnetization reversal by spin injection. The second part of my thesis focuses on the case of Co/Cu/NiFe spin-valve stripes, in which the magnetization reversal occurs by magnetic domain wall (DW) motion. We have shown that this motion can be induced by transfer of spin from a spin-polarized current. When the magnetic field is close to zero, a DW can be displaced between pinning centers, using only current injection. In agreement with the Berger model, the motion occurs in different directions when the sign of the current is changed. The involved current densities in order to achieve DW motion are of the order of a few 106 A/cm², one order of magnitude lower than the currents required to reverse the magnetization in pillar-like structures. This measurements evidence for the first time, directly and in real-time, DW displacement by spin transfer in magnetic nanostructures.
Cette thèse est consacrée à l'étude expérimentale du phénomène de transfert de spin. Ce mécanisme, introduit théoriquement en 1996 par J. Slonczewski, permet d'orienter l'aimantation d'un matériau ferromagnétique sans champ appliqué, mais seulement par injection d'un courant polarisé en spin et transfert de spin vers le matériau considéré. Les fortes densités de courant à injecter pour observer l'effet, de l'ordre de 107 A.cm-2, imposent le recours à des nanostructures. Nous avons suivi deux voies pour caractériser cet effet nouveau de transfert de spin depuis un courant vers une aimantation. D'une part, à l'instar des tout premiers résultats expérimentaux obtenus à Cornell University en 2000, nous avons étudié cet effet dans des piliers magnétiques submicroniques de Co/Cu/Co. Nous avons pu clairement mettre en évidence le renversement d'aimantation par un courant polarisé en spin a champ nul. Ensuite, nous nous sommes intéressés à la dépendance en champ des courants critiques. Cette étude approfondie nous a permis de tracer le diagramme de phase champ-courant, nous fournissant des informations importantes quant aux mécanismes microscopiques à l'origine du phénomène de renversement d'aimantation par injection de spin. La deuxième partie de ma thèse concerne le cas des barreaux de vanne de spin Co/Cu/NiFe dans lesquels la modification d'aimantation est due au déplacement de paroi magnétique induit par transfert de spin à partir d'un courant polarisé en spin. Pour des champs proche de zéro, une paroi magnétique peut être déplacée uniquement sous l'action du courant entre des centres de piégeage et, en accord avec les conclusions du modèle de Berger, le déplacement s'effectue dans des directions opposées pour des courants opposés. La densité de courant critique requise pour déplacer la paroi est de l'ordre de quelques 106 A/cm², un ordre de grandeur plus faible que les courants nécessaires pour entraîner un renversement d'aimantation dans les structures multicouches de type piliers. Ces mesures constituent la première mise en évidence directe et en temps réel de déplacement de parois par transfert de spin dans des nanostructures magnétiques.
Domaines
Matière Condensée [cond-mat]
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