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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.
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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Capteurs magnéto-optiques
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5. Imagerie des domaines magnétiques
La microscopie magnéto-optique Faraday, Cotton-Mouton ou Kerr fut rapidement identifiée comme un outil puissant pour analyser la structure et le comportement dynamique des domaines magnétiques. Cette technique sans inertie révèle directement les domaines plutôt que leurs parois. Deux méthodes d’imagerie sont couramment utilisées :
-
la méthode « photographique » s’adresse à une partie étendue de la surface de l’échantillon éclairée avec un faisceau de lumière polarisée de faible intensité ce qui ne provoque pas d’échauffement notable de l’échantillon. Après passage à travers un analyseur, la section du faisceau transmis ou réfléchi est soit photographiée, soit envoyée sur un détecteur à transfert de charges (CCD, Charge-Coupled Device). Par accumulation sur la CCD et une mémoire tampon, puis traitement d’image par informatique, on augmente considérablement le contraste d’une image magnéto-optique stable en réduisant le bruit. L’imagerie de domaines dans les matériaux magnétiques à l’aide d’un microscope à effet Kerr est largement employée pour étudier leur structure et pour suivre le processus de retournement de l’aimantation dans des couches minces magnétiques nanostructurées ou non . Un exemple d’image magnéto-optique obtenue sur un film de Pt/Co(1,4 nm)/Pt en partie gravé selon un quadrillage par un faisceau (de diamètre 10 nm) d’ions Ga+ focalisés (FIB : Focused ion beam) est donnée en figure ...
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