Dynamique d'aimantation dans les jonctions tunnels magnétiques à anisotropie perpendiculaire
Résumé
Epitaxial (MgO barrier) magnetic tunnel junctions (MTJs) are the most promising systems for applications ranging from high performance recording heads to magnetic random access memories (MRAM). Besides, such junctions also involves new and fascinating physics, such as the physics of electronic transport across epitaxial barriers, or the physics of magnetic coupling across a thin barrier. We described results obtained on MTJs perpendicular FePt/MgO/FePt magnetization. Far less studied, systems with perpendicular magnetization may have the highest potential for use at the highest recording densities in MRAM. We demonstrated that high magnetic anisotropy - L10 phase FePt layers can be grown in FePt/MgO/FePt trilayers, spontaneously with one soft and one hard layer. In addition, full magnetic decoupling is obtained in spite of the large magnetization of both layers. The manuscript then focuses on two studies. First, we observe the domain wall propagation speed on FePt single layers, as a function of both the applied field and of the layer thickness (from 2 to 6 nm), thereby extending the studies previously limited to ultrathin Pt/Co/Pt films to non-zero thicknesses. Second, we observed in details the magnetic coupling phenomena between the two FePt layers in full MTJs. By combining magneto-optical (macroscopic) studies and Magnetic Force Microscopy imaging, we gained a detailed understanding of the origin of the coupling, and of the process by which the cycling of the soft layer can induce a progressive demagnetization of the hard one.
Les jonctions tunnel magnétiques (JTM) épitaxiées à barrière MgO constituent probablement le système le plus prometteur pour des applications allant depuis les têtes de lecture des disques durs jusqu'aux mémoires magnétiques à accès aléatoire. De plus, de telles jonctions mettent en jeu une physique nouvelle et fascinante, celle de la physique du transport électronique au travers de barrières épitaxiées, ou du couplage magnétique entre électrodes au travers d'une fine barrière. Nous présentons des travaux conduits sur des jonctions à perpendiculaire (FePt/MgO/FePt). Très peu étudiés, les systèmes à aimantation perpendiculaire semblent présenter le potentiel le plus élevé aux très hautes densités dans les mémoires MRAM. Nous avons montré que des jonctions FePt/MgO/FePt peuvent être obtenues avec des couches de FePt chimiquement ordonnées dans la phase L10 de très forte anisotropie magnétocristalline. Ces jonctions présentent spontanément une couche dure et une couche douce, et un découplage magnétique en dépit de la forte aimantation volumique de l'alliage FePt. La thèse porte alors principalement sur deux études : - la propagation de parois dans des films minces de FePt, en fonction du champ appliqué et de l'épaisseur de la couche mince (entre 2 et 6 nm). Nous étendons ici les études auparavant réalisées dans la limite de films ultra-minces (Pt/Co/Pt)/ - les phénomènes de couplage magnétique entre électrodes à aimantation perpendiculaire dans la jonction complète. En combinant études macroscopiques (magnéto-optiques) et locales, nous proposons une description détaillée de l'origine du couplage magnétique, et du processus qui peut conduire à la démagnétisation progressive de la couche dure lors du cyclage de la couche douce.
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