Renversement d'aimantation dans des nanostructures par propagation de parois de domaines sous champ magnétique et courant électrique

The magnetic domain wall is an essential concept for understanding magnetization reversal in a magnetic film or nanostructure, and can be involved in writing and transmitting information in a nano-device. It was shown theoretically that, in a defect-free magnetic nanostructure, confinement can strongly affect domain wall propagation under a magnetic field and/or a spin-polarized current. This was illustrated by a magneto-optical microscopy study of domain wall propagation in ultrathin Pt/Co/Pt films with perpendicular anisotropy. In these films, nano-tracks were patterned and irradiated at a very low dose with helium ions. These devices were shown to be model systems, ideal for the study of domain wall propagation under field, and appeared as promising systems for studying spin-transfer-induced propagation. However, for the whole range of the current pulses that we injected into these tracks, none of the experimentally observed propagation effects could be ascribed to spin transfer. Following a quantitative evaluation of the current and its polarization in the cobalt layer, this was attributed to an unfavorable balance between Joule heating and spin transfer. We also built a high resolution polar Kerr magnetometer which uses a highly focused laser beam. Its outstanding resolution, stability and sensitivity are well-adapted for the study of ultrathin magnetic nanostructures with perpendicular anisotropy, down to sub-micron scales.Finally, we studied magnetic field induced magnetization reversal in a magnetic tunnel junction stack with planar anisotropy, designed for the industrial development of magnetic random access memories. The effect of a high temperature annealing on the magnetic properties of this stack has been tested. Besides, in the soft magnetic layer of the tunnel junction, dipolarly coupled through the tunnel barrier, we evidenced an asymmetry in domain nucleation and domain wall propagation processes depending on the field sweeping direction, which was ascribed to slight inhomogeneities of the dipolar coupling field.La paroi de domaine magnétique est un concept essentiel à la compréhension du renversement d'aimantation dans un film ou une nanostructure magnétique, et peut être mise en jeu dans les processus d'écriture et de transmission d'une information dans un nano-dispositif. Théoriquement, nous avons mis en évidence, dans une nanostructure magnétique sans défauts, des effets de confinement sur la propagation d'une paroi sous champ magnétique et/ou sous courant polarisé en spin. Ceci a été illustré par l'étude, par microscopie magnéto-optique, de la propagation de paroi dans des films ultraminces Pt/Co/Pt à anisotropie perpendiculaire. Dans ces films, nous avons réalisé des nano-pistes lithographiées et irradiées à très faible dose par des ions hélium. Ces dispositifs se sont révélés être des systèmes modèles, idéaux pour étudier la propagation de paroi sous champ, et nous ont paru prometteurs pour l'étude de la propagation induite par transfert de spin. Pourtant, pour toute la gamme des impulsions de courant injectées dans ces pistes, aucun des effets de propagation observés expérimentalement n'a pu être attribué au transfert de spin. Au vu de l'évaluation quantitative du courant et de sa polarisation dans la couche de cobalt, ceci est justifié par un rapport défavorable entre l'échauffement par effet Joule et le transfert de spin.Nous avons également construit un magnétomètre Kerr polaire à haute résolution, utilisant un faisceau laser hautement focalisé, dont la résolution, la stabilité et la sensibilité exceptionnelles sont bien adaptées à l'étude de nanostructures magnétiques ultraminces à anisotropie perpendiculaire, et ce jusqu'à des dimensions largement sub-microniques.Enfin, nous avons étudié le renversement de l'aimantation sous champ magnétique dans un empilement de type jonction tunnel magnétique à anisotropie planaire, destiné au développement industriel de mémoires magnétiques à accès aléatoires. L'effet d'un recuit à haute température sur les propriétés magnétiques de cet empilement a été testé. En outre, dans la couche magnétique douce de la jonction tunnel, soumise à un couplage magnétique dipolaire à travers la barrière tunnel, nous avons mis en évidence une asymétrie des processus de nucléation de domaines et de propagation de parois en fonction du sens de balayage du champ, que nous avons associée à de légères inhomogénéités du champ de couplage dipolaire