Magnétisme et transport polarisé en spin : de la couche mince aux dispositifs à électronique de spin - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Hdr Année : 2004

Magnetism and spin transport : from thin films to spin dependent tunnel devices

Magnétisme et transport polarisé en spin : de la couche mince aux dispositifs à électronique de spin

Michel Hehn

Résumé

In a first chapter, the microscopic and macroscopic magnetism of systems with reduced lateral dimension are invoked. The magnetic properties of thin films, submicronic dot arrays and self organised nanostructures made of hexagonal cobalt (0001) are studied at the macroscopic and microscopic scale. In this first chapter, recent results obtained in the field area of exchange bias are also summarised. In a second chapter, the tunnel transport in planar magnetic tunnel junctions is invoked and the correlation between interfacial magnetisation distribution and spin dependent tunnel resistance is made. In this field area, several research axis have been developed : - growth of alternative tunnel barriers with low barrier heights (less than 1eV). - development of alternative methods to analyse tunnel junctions. - correlation between domain structures and spin polarised tunneling. - epitaxial tunnel junctions : band structure effects and high tunnel magnetoresistance, antiferromagnetic coupling mediated by tunnelling of spin polarised electrons. In a third chapter, magnetic sensors base on magnetic tunnel junctions have been build up. In this field area, several research axis have been developed : - magnetic tunnel junctions with an hysteretic response used as a two dimensional magnetometer. - an antiferromagnetic / ferromagnetic bilayer used as a detection layer in a magnetic tunnel junction. - crossed magnetisation configuration with one magnetisation perpendicular to film plane used in a magnetic tunnel junction to build up a linear magnetic sensor for high field detection. In the last chapter, the spin dependent transport in multilayers with two tunnel barriers is invoked. The fundamental interest of those structures relays on the study of the hot electron transport perpendicular to the film plane. This topic has been developed from the experimental and theoretical point of view using the free electron model. As a conclusion, a spin diode is proposed as a short time project that combines the expertise of chapters 2, 3 et 4.
Dans un premier chapitre, le magnétisme macroscopique et microscopique de systèmes à dimensions latérales réduites est évoqué. Les propriétés magnétiques de couches minces, de réseaux de plots submicroniques et de structures auto-organisées nanoscopiques de cobalt hexagonal (0001) ont été étudiées à l'échelle macroscopique et microscopique. Dans ce même chapitre, dans un registre un peu différent mais toujours dans le domaine des couches minces magnétiques, j'ai rassemblé des résultats récents que nous avons pu obtenir sur l'étude du couplage d'échange entre une couche ferromagnétique et une couche antiferromagnétique. Malgré les nombreux faits rapportés dans la littérature, nous avons montré qu'outre la qualité cristallographique, la rugosité ou la taille de grain, l'histoire magnétique et notamment la chiralité des domaines dans la couche antiferromagnétique peut expliquer des différences importantes dans la constante d'échange interfaciale. Dans un second chapitre, le transport tunnel dans les jonctions magnétiques planaires sera évoqué avec un intérêt tout particulier et novateur pour la corrélation entre distributions d'aimantations dans les électrodes magnétiques et propriétés de transport. Dans cette thématique globale, plusieurs axes de recherche ont été menés de front : - la mise au point de la croissance de barrières tunnel alternatives de faible hauteur de barrière (inférieure à 1eV). - le développement de méthodes alternatives d'analyse de jonctions tunnel. - la corrélation entre structures en domaines et transport tunnel polarisé en spin. - les jonctions tunnel épitaxiées : effet de structure de bandes et forte magnétorésistance, étude du couplage antiferromagnétique induit par effet tunnel d'électrons polarisés en spin. Dans un troisième chapitre, l'utilisation des propriétés du transport tunnel dans les jonctions magnétiques planaires et l'utilisation de couches minces antiferromagnétiques pour des applications seront exposées. Dans cette thématique globale, plusieurs axes de recherche se dégagent : - la jonction tunnel magnétorésistive à réponse magnétique hystérétique comme magnétomètre bidimensionnel. - la bicouche couche antiferromagnétique/couche ferromagnétique comme système sensible pour la détection de champs magnétiques. - la configuration d'aimantations croisées avec une aimantation perpendiculaire au plan des couches d'une jonction tunnel comme élément sensible et linéaire à la détection de forts champs magnétiques. Dans un quatrième chapitre, le transport électronique dépendant du spin dans des structures métalliques à barrières multiples sera plus largement présenté. L'intérêt fondamental de ces multicouches hybrides est l'étude du comportement des électrons chauds lors de la traversée du dispositif. Cette activité a été développée tant du point de vue expérimental que théorique sur la base d'une modélisation du transport tunnel polarisé en spin dans l'approche des électrons libres. En guise de conclusion du chapitre, un dispositif est proposé comme projet de recherche à court terme combinant toute l'expertise acquise dans les chapitres 2, 3 et 4.
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Dates et versions

tel-00010062 , version 1 (07-09-2005)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00010062 , version 1

Citer

Michel Hehn. Magnétisme et transport polarisé en spin : de la couche mince aux dispositifs à électronique de spin. Matière Condensée [cond-mat]. Université Henri Poincaré - Nancy I, 2004. ⟨tel-00010062⟩
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