Magnetic Domain Walls in Cylindrical Nanowires
Parois magnétiques dans les nanofils cylindriques
Résumé
The underlying physics of magnetic domain wall motion is currently arousing a strong interest, enhanced by the
possibilities of applications into magnetic memories. Domain walls are mostly studied in nanostripes made by
lithography. Nevertheless, a cylindrical geometry would involve domain walls with different structures and dyna-
mical behaviors that could resolve issues, such as the speed limitation observed in nanostripes. Their elaboration
process, via the fabrication of nanoporous template followed by the electrolytic filling of the pores, leads to self-
organized nanowires with high aspect ratio and weak distribution in diameter. In spite of their undeniable interest,
for now only very few domain walls studies have been conducted on such cylindrical systems. This thesis hence
intends to contribute to the subject.
Part of the thesis have been devoted to the setting and development of some steps of the fabrication process :
reduction of membrane porosity, modulation of the pore diameter, electrodeposition of a magnetic alloy. These
geometrical and structural adjustments of the nanowires have been used to study several facets of domain walls
in nanowires. In the first place, an experimental way to reduce the magnetostatic interactions that could disturb
domain wall propagation in dense arrays of nanowires have been proposed. Its efficency have been demonstra-
ted through array hysteresis cycles, on the domain wall nucleation that occurs at nanowires extremities during
magnetization reversal. Others pinning mechanisms have then been evidenced by analyzing initial magnetization
curves measured after a controlled nucleation of domain walls. However, the observation of propagation fields of a
few milliteslas by magnetic force microscopy (MFM) on individual nanowires opens the way to dynamical studies
on such systems. At last, the observation of domain wall internal structure by X-ray magnetic circular dichroism
in photoemission electron microscopy (XMCD-PEEM) evidenced the two types of domain walls theoretically and
numerically predicted, for which very different mobilities are expected.
La richesse de la physique sous-jacente au déplacement de parois magnétiques suscite actuelle-
ment un fort intérêt, réhaussé par les possibilités d’applications dans les mémoires magnétiques.
Les nanobandes fabriquées par lithographie constituent la quasi-totalité des systèmes dans les-
quels les parois sont étudiées. Une géométrie cylindrique implique cependant des structures et
dynamiques de parois qui se démarqueraient de celles observées dans les nanobandes et résou-
draient notamment les limitations des vitesses de propagation observées. Leur procédé d’élabo-
ration, fabrication d’une membrane nanoporeuse et remplissage électrolytique des pores, permet
d’obtenir des fils auto-organisés en réseau, de grand rapport d’aspect et de faible distribution
en diamètre. Malgré leur intérêt indéniable, peu d’études ont été consacrées aux parois dans ces
systèmes cylindriques. Cette thèse se propose donc de contribuer au sujet.
Une partie de cette thèse a été consacrée à la mise en place et au développement de certaines
étapes du procédé de fabrication : réduction de la porosité des membranes, modulation du dia-
mètre des pores, dépôt électrolytique d’un alliage magnétique. Ces ajustements de la géométrie
et de la structure des fils ont permis d’étudier plusieurs aspects des parois dans les nanofils.
Dans un premier temps, une méthode expérimentale a été proposée pour réduire les interactions
magnétostatiques qui gêneraient la propagation des parois dans les réseaux denses de fils. Son
efficacité a été démontrée sur le mécanisme de nucléation des parois qui intervient en bout de
fil lors du renversement de l’aimantation, en mesurant les cycles d’hystérésis des réseaux de
fils.D’autres mécanismes de piégeage ont ensuite été mis en évidence par l’analyse de courbes
de première aimantation mesurées suite à la nucléation contrôlée de parois. Les champs de pro-
pagation de l’ordre de quelques milliteslas, mesurés par microscopie à force magnétique sur des
fils individuels, ouvrent cependant la voie aux études dynamiques dans ces systèmes. Enfin, l’ob-
servation de la structure interne des parois par dichroïsme circulaire magnétique de rayons X en
microscopie de photoémission d’électrons (PEEM-XMCD) a permis de mettre en évidence les
deux types de parois prédits par la théorie et les simulations, pour lesquels des mobilités très
différentes sont attendues.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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