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Article

1 - SPÉCIFICITÉS ET AVANTAGES DE LA MAGNÉTO-OPTIQUE

2 - DISPOSITIFS NON RÉCIPROQUES

3 - MODULATEUR

4 - DÉFLECTEUR

5 - IMAGERIE DES DOMAINES MAGNÉTIQUES

6 - CAPTEURS MAGNÉTO-OPTIQUES

7 - MÉMOIRES MAGNÉTO-OPTIQUES

8 - DISPOSITIFS D’AFFICHAGE ET SYSTÈMES D’IMPRESSION MAGNÉTO-OPTIQUES

9 - INTERACTIONS ONDES OPTIQUES – ONDES MAGNÉTOSTATIQUES EN MAGNÉTO-OPTIQUE INTÉGRÉE

10 - CONCLUSION

11 - GLOSSAIRE

| Réf : E1962 v2

Capteurs magnéto-optiques
Application de la magnéto-optique

Auteur(s) : Jacques FERRE

Date de publication : 10 avr. 2016

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NOTE DE L'ÉDITEUR

Cet article est la réédition actualisée de l’article E1962 intitulé « Application de la magnéto-optique» paru en 1997, rédigé par Jean-Paul CASTÉRA.

25/04/2016

RÉSUMÉ

Cet article présente tout d’abord les spécificités et avantages de la magnéto-optique, ainsi que ses nombreuses applications. Les dispositifs magnéto-optiques utilisés les plus couramment (isolateurs, circulateurs, modulateurs, déflecteurs, pour l’imagerie…) sont décrits. Les progrès en nanosciences (nano-optique, nano-magnétisme, nanomatériaux et nano-structuration) doivent permettre l’intégration de nombreuses fonctions dans des dispositifs miniaturisés reposant sur des disciplines émergentes : la magnéto-photonique et la magnéto-plasmonique. De nouvelles opportunités sont aussi ouvertes en microscopie magnéto-optique appliquée aux sciences des matériaux et à l’étude de systèmes magnétiques nanostructurés destinés, en particulier, à l’électronique de spin.

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ABSTRACT

Applications in magneto-optics

In this article the specificities and advantages of magneto-optics are first stated, justifying their use for applications in many areas. The most usual magneto-optical devices (isolators, circulators, modulators, deflectors, for imaging…) are described. The nano-science outburst (in nano-optics, nano-magnetism, nano-materials and nano-patterning) might allow the integration of many functions in miniaturized devices through emergent disciplines, the magneto-photonics and magneto-plasmonics. New opportunities are also opened in magneto-optical microscopy in material science, and for studying magnetic nanostructured systems, especially devoted to spin electronics.       

Auteur(s)

  • Jacques FERRE : Ingénieur ESPCI, Directeur de Recherche Émérite au CNRS Laboratoire de Physique des Solides, CNRS, Université Paris-Sud-Saclay, Orsay, France

INTRODUCTION

L’interaction entre une onde optique et un milieu magnétique conduit à une grande diversité d’effets mentionnés dans l’article [E1960] consacré aux effets et matériaux magnéto-optiques. Les effets Faraday et Kerr magnéto-optiques sont couramment utilisés pour effectuer des mesures vectorielles très sensibles de l’aimantation et pour réaliser des observations microscopiques en magnétisme. Grâce à leur résolution spatiale et temporelle exceptionnelles, elles permettent une imagerie dynamique des domaines magnétiques. Désormais, ces techniques sont couramment employées pour tester des dispositifs, en particulier ceux qui relèvent de l’électronique de spin.

Les applications de la magnéto-optique couvrent de nombreux domaines : télécommunications optiques, stockage de l’information, mémoires, visualisation et capteurs. Ainsi, l’utilisation de dispositifs non réciproques miniaturisés, tels que les isolateurs ou les circulateurs, permettent, par analogie avec les systèmes hyperfréquences guidés [E 3330] [E 3331] [E 3336] de remplir de nouvelles fonctions reposant sur des liaisons optiques.

La conception et la miniaturisation des dispositifs proposés ont évolué rapidement grâce aux progrès réalisés dans le secteur des lasers et des moyens informatiques. Elles ont bénéficié de l’émergence et de la maîtrise de nouveaux matériaux artificiels comme les structures en couches ultra-minces, les nanostructures magnétiques et les cristaux magnéto-photoniques. La magnéto-optique intéresse aussi le secteur du contrôle non destructif et s’avère être un outil d’investigation très puissant en physique des solides.

Pour le stockage des données, après des recherches intensives menées sur les mémoires adressables et réinscriptibles par balayage optique, le disque magnéto-optique s’est imposé sur plusieurs créneaux de la péri-informatique et de l’audio grand public.

La rotation Faraday dans les grenats ferrimagnétiques a également été exploitée dans des écrans de visualisation ou pour réaliser des modulateurs de lumière pour imprimantes. Les effets magnéto-optiques dans les fibres optiques ou dans les grenats ferrimagnétiques ont été mis à profit pour la mesure des courants forts et en magnétométrie.

Ces techniques magnéto-optiques seront de plus en plus exploitées au niveau industriel, compte tenu des progrès réalisés pour miniaturiser les dispositifs et de la course à la rapidité de lecture d’informations.

Dans cet article, les spécificités et avantages de la magnéto-optique sont d’abord précisés, justifiant l’intérêt de cette discipline dans de nombreux secteurs. Les dispositifs magnéto-optiques les plus courants (isolateurs, circulateurs, modulateurs, déflecteurs, pour l’imagerie…) sont ensuite décrits, puis les apports incontournables de deux disciplines récentes, la magnéto-photonique et la magnéto-plasmonique sont discutés dans le but de concevoir et de réaliser des dispositifs magnéto-optiques.

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KEYWORDS

optics   |   sensors   |   electronics   |   magneto-optics   |   devices   |   memories

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-e1962


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6. Capteurs magnéto-optiques

En s’appuyant sur quelques réalisations, nous présentons le principe des technologies couramment employées dans plusieurs domaines d’application. C’est un secteur en constante évolution où l’on cherche à miniaturiser les capteurs et à les intégrer dans des dispositifs photoniques . Très prochainement, des dispositifs miniaturisés bénéficieront d’une parfaite maîtrise de l’élaboration des nanostructures, en particulier de cristaux magnéto-photoniques .

6.1 Dispositifs d’imagerie du flux ou du champ magnétique

La plupart des applications et les dispositifs décrits dans cette section mettent en jeu une couche mince « indicatrice » ferrimagnétique épitaxiée de YIG substituée avec du Bi et des terres rares. Cette couche mince indicatrice est mise en contact avec le matériau ou l’échantillon à tester. La distribution spatiale de son aimantation se trouve modifiée par la présence d’un flux ou d’un champ magnétique. Grâce au couplage magnétique, la structure en domaines dans le grenat reproduit la distribution des pôles magnétiques à la surface du matériau magnétique testé. Cette distribution spatiale de la composante normale de l’aimantation, traduisant celle du flux ou du champ magnétique, est alors visualisée et cartographiée grâce à la rotation Faraday ou Kerr élevée de cette couche de grenat indicatrice. Selon le dopage, on peut ajuster la sensibilité de ce capteur et la gamme de champs détectés (entre 0,6 et 6 000 Oe), ainsi que la zone de linéarité entre la rotation Faraday ou Kerr avec ce champ. Cette approche a été initialement validée sur des petits aimants permanents. L’influence de la forme de l’aimant peut être directement testée et des défauts ou inhomogénéités...

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