Présentation
En anglais
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.
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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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
- Version archivée 1 de nov. 1997 par Jean-Paul CASTÉRA
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Imagerie des domaines magnétiques
En anglais
4. Déflecteur
Ce dispositif est constitué d’un réseau diffractant de domaines magnétiques pilotable électriquement. Tout matériau magnétique est divisé en domaines à l’intérieur desquels l’aimantation est uniforme. Cette configuration correspond à une distribution de l’aimantation énergétiquement favorable. Un domaine magnétique en ruban est une région allongée, droite et étroite dans laquelle l’aimantation est uniforme. Dans une couche mince de grenat substitué, BiYIG, présentant une anisotrope de surface perpendiculaire, l’aimantation d’un domaine en rubans à l’autre est orientée alternativement vers le haut et vers le bas par rapport à la surface de la couche. La largeur des domaines en rubans varie typiquement de 0,5 à 40 μm ou plus, leur longueur pouvant atteindre plusieurs centimètres. Par ailleurs, les parois de ces domaines s’alignent parallèlement à un champ magnétique appliqué dans le plan de la couche, la largeur des domaines étant inversement proportionnelle au champ appliqué.
La figure 10 montre la déflection de la lumière induite par un tel réseau magnétique périodique en rubans. Le faisceau lumineux incident, de longueur d’onde λ, est polarisé linéairement avec le champ électrique E parallèle aux domaines en rubans. Par effet Faraday, la polarisation de l’onde incidente tourne dans un sens ou dans l’autre au passage dans les rubans d’aimantations alternées. Cette rotation différentielle génère une composante de champ électrique
perpendiculaire à la polarisation incidente et se trouve modulée spatialement selon un signal carré dont la période est celle des rubans. Suivant le principe de Huyghens, toutes les composantes E // de l’onde optique s’additionnent alors que toutes les composantes
s’annulent. Si d est la largeur des rubans, et pour un angle α d’incidence de la lumière, tel que d sinα = λ /2 (figure 10), les composantes E // et
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