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NanoSciences de Paris
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Orientation inattendue de domaines magnétiques anisotropes

En utilisant des semiconducteurs ferromagnétiques dont les propriétés d’anisotropie magnétique sont facilement modulables, nous avons mis en évidence pour la première fois, une orientation surprenante de domaines magnétiques anisotropes résultant de la dynamique complexe d’une paroi magnétique.

L’anisotropie joue un rôle important dans la formation de domaines pour des systèmes bi-dimensionnels variés. Pour les films magnétiques, la dynamique de parois est complexe en raison de la nature vectorielle de l’aimantation. Les semiconducteurs ferromagnétiques, objets de cette étude, offrent la possibilité de faire varier la symétrie de l’anisotropie magnétique. De plus, la comparaison avec les modèles de propagation de paroi est facilitée par la faible densité de centres de piégeage des parois. Enfin, l’étude de la propagation de parois dans les micro et nano-rubans est un enjeu important dans le cadre du transport de l’information.

Les semiconducteurs ferromagnétiques dilués comme GaMnAs, dans lequel quelques pourcents d’atomes de manganèse sont substitués au gallium, sont activement étudiés pour valider des concepts fondamentaux d’intérêt pour l’électronique de spin. Leurs propriétés d’anisotropie magnétique sont modulables, en raison du caractère particulier du ferromagnétisme. Celui-ci résulte d’une interaction d’échange entre ions magnétiques localisés et porteurs délocalisés. La structure de la bande de valence, sa modification par les contraintes, la densité de porteurs, la concentration en manganèse et la température vont définir l’amplitude respective des contributions uniaxiale et biaxiale de l’anisotropie.

Les domaines magnétiques sont visualisés par microscopie Kerr, qui utilise la rotation de la polarisation linéaire de la lumière lors de la réflexion sur un film à aimantation perpendiculaire. On obtient ainsi un contraste d’intensité entre les domaines d’aimantation « up » et « down ». Pour atteindre le régime hydrodynamique, où la propagation de paroi n’est plus gouvernée par les défauts piégeants, on utilise une technique d’impulsion de champ, pour plus de détail : A. Dourlat et al. Phys. Rev. B 78, 161303 (R) (2008).

Des domaines magnétiques de forme carrée sont observés dans une certaine gamme de champ magnétique. L’orientation des côtés, à π/8 des axes d’anisotropie, est surprenante car elle ne correspond pas au minimum d’énergie d’une paroi statique. Nos simulations incluant la symétrie tétragonale de l’anisotropie magnétique reproduisent bien la forme mais surtout l’orientation des domaines, ainsi que leur domaine d’existence en champ. Ces résultats mettent en évidence le rôle clé de la nature vectorielle du paramètre d’ordre dans la dynamique des domaines ferromagnétiques. Ils sont également importants pour l’étude de la propagation de parois de domaines dans les micro et nano-rubans ferromagnétiques dans le cadre du transport de l’information.

 

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Cette image montre la position de la paroi d’un domaine carré avec une aimantation « up » dans un champ « up » (en blanc) et de ce même domaine avec une aimantation « down » dans un champ « down » (en noir). Suivant le sens du champ on observe bien l’orientation des diagonales des carrés à +π/8 ou –π/8 des axes d’anisotropie (axes <110> en tirets). L’orientation des domaines carrés est donc bien une propriété intrinsèque et ne résulte pas de défauts qui piègeraient les parois de manière anisotrope.

 

Cette image montre la position de la paroi d'un domaine carré avec une aimantation « up » dans un champ « up » (en blanc) et de ce même domaine avec une aimantation « down » dans un champ « down » (en noir). Suivant le sens du champ on observe bien l'orientation des diagonales des carrés à +π/8 ou –π/8 des axes d'anisotropie (axes 110 en tirets). L'orientation des domaines carrés est donc bien une propriété intrinsèque et ne résulte pas de défauts qui piègeraient les parois de manière anisotrope {JPEG}

Croissance de domaines magnétiques simulée par une méthode de dynamique de contour.

 

Pour en savoir plus

C. Gourdon, V. Jeudy, A. Cébers, A. Dourlat, Kh. Khazen, and A. Lemaître, Phys. Rev. B 80, 161202(R) (2009)