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RÉSUMÉ
Les couches minces, nanostructures et hétérostructures magnétiques présentent des comportements différents et des fonctionnalités nouvelles par rapport aux matériaux massifs : effets thermiques et anisotropie exaltés, domaines et parois spécifiques, effets de magnétotransport géants, etc. Ces effets et mise en œuvre dans le domaine des hétérostructures sont décrits avec des exemples de leur intégration technologique dans les domaines de l’électronique et de la médecine.
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Olivier FRUCHART : Chargé de recherches au CNRS. Laboratoire Louis Néel, Grenoble
INTRODUCTION
Les couches minces, nanostructures et hétérostructures magnétiques présentent des comportements différents et des fonctionnalités nouvelles par rapport aux matériaux massifs : effets thermiques et anisotropie exaltés, domaines et parois spécifiques, effets de magnétotransport géants, etc. Ces effets et mise en œuvre sont décrits dans les dossiers et [E 2 151], suivis d’exemples de leur intégration technologique dans les domaines de l’électronique et de la médecine : disques durs, capteurs de champ, traceurs, etc.
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1. Systèmes composites : effets et concepts
En , nous avons considéré des systèmes magnétiques individuels : une couche, un plot, un agrégat, etc. Dans la pratique, les dispositifs utilisent des systèmes composites, c’est-à-dire associant plusieurs matériaux et/ou nanostructures. Plusieurs raisons motivent l’utilisation de systèmes composites.
Une première raison est l’association de propriétés différentes, par exemple une couche pour ses propriétés de coercitivité, avec une structure présentant des propriétés de magnétotransport, pour servir de capteur magnétique.
Une seconde raison est le côté pratique : il est peu commode industriellement d’ajuster des valeurs numériques de propriétés telles que coercitivité, anisotropie, etc., qui nécessitent une optimisation de matériau pour chaque nouvelle valeur, voire un changement de composé. On combine alors des matériaux de propriétés différentes en une seule hétérostructure, dont les propriétés sont intermédiaires entre les deux couches constituantes, et que l’on ajuste par le biais des épaisseurs de couches individuelles. C’est par exemple le cas de la coercitivité.
Une troisième raison est l’apparition de nouveaux effets liés à l’aspect composite, comme les magnétorésistances géante et tunnel. Nous présentons l’ensemble de ces cas de figure dans ce paragraphe, ainsi que leur mise en pratique.
1.1 Effets de couplage direct
On appelle couplage direct, le couplage qui résulte de l’échange magnétique entre les atomes à l’interface de deux systèmes magnétiques en contact direct. Nous considérons ici une couche ferromagnétique ou ferrimagnétique, en contact avec un autre système magnétique qui peut être de toute nature : ferro-, ferri- ou antiferromagnétique. On décrit...
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