Service de Physique de l'Etat Condensé

Rôle des parois d'antiphase sur les propriétés magnétiques des films de Fe3O4
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Images de microscopie électronique en transmission montrant l'évolution de la densité de parois d'antiphase (traits noirs) en fonction de l'épaisseur (t) des films de Fe3O4 (Coll: C. Gatel et E. Snoeck, CEMES-CNRS).

La magnétite Fe3O4 est un des seuls matériaux demi-métalliques (conducteur pour un état de spin et isolant pour l’autre) à présenter une température de Curie (Tc= 860 K) très au-dessus de la température ambiante. A ce titre, cet oxyde ferrimagnétique constitue un matériau de choix pour les composants de l’électronique de spin (têtes de lecture magnétorésistives, mémoires non volatiles MRAM). Ces propriétés permettent de prédire des effets de magnétorésistance tunnel (TMR) importants à température ambiante si on utilise cet oxyde comme électrode dans une jonction tunnel magnétique (JTM).
L'obtention de forts effets de TMR passe néanmoins par la compréhension des propriétés électroniques et magnétiques des films minces de Fe3O4 qui se trouvent être très différentes de celles du matériau massif. En particulier les mesures magnétiques montrent que l’aimantation des films à haut champ est considérablement réduite par rapport à celle d’un monocristal et qu’il est impossible d’obtenir la saturation même à fort champ magnétique. La présence de parois d’antiphase (APBs), défaut structural présent uniquement dans les films minces, pourrait être à l’origine de ces comportements.

C’est pourquoi nous avons entrepris d’étudier le rôle des parois d’antiphase sur les propriétés magnétiques des films minces de Fe3O4. Pour ceci, des films minces de Fe3O4 ont été élaborés par épitaxie par jets moléculaires (MBE) assisté par plasma d’oxygène monoatomique. Les études structurales montrent la parfaite épitaxie des couches. Néanmoins les analyses de microscopie électronique en transmission révèlent aussi l’existence de parois d’antiphase, dont nous avons pu faire varier la densité avec l’épaisseur des films.

 

Evolution de l’approche à saturation en fonction de l’épaisseur des films, i.e. de la densité d’APBs.

Les propriétés magnétiques, obtenues par réflectométrie de neutrons polarisés (LLB) et par magnétométrie à échantillon vibrant (SPCSI), ont été étudiées en fonction de la densité d’APBs. Un modèle utilisant l’analogie entre parois magnétiques de Bloch et parois d’antiphase permet d’interpréter ces mesures. En particulier les courbes de première aimantation des films minces ont été parfaitement reproduites. Ainsi, la perturbation apportée par les APBs sur le comportement magnétique des films minces de Fe3O4 a été clairement mise en évidence Phys. Rev B 70 (2004)174448.

 

Maj : 13/10/2009 (343)

 

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