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Auteur(s)
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Jean-Pierre NOZIÈRES : Ingénieur de l’Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG) - Docteur en Physique - Chercheur au Centre National de la Recherche scientifique (CNRS)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Au cours des 10 dernières années, des progrès considérables ont été enregistrés dans le domaine des matériaux magnétiques tant à l’état massif (aimants permanents, matériaux ultra-doux, biomatériaux...) que sous forme de couches minces (enregistrement magnétique de haute densité, microsystèmes magnétostrictifs intégrés...). L’objet de cet article est de présenter les concepts fondamentaux du magnétisme, afin de bien comprendre les relations entre propriétés fondamentales et propriétés d’application. Nous diviserons le texte en deux parties, correspondant aux deux échelles caractéristiques du magnétisme : l’échelle atomique, à l’origine des propriétés intrinsèques comme l’aimantation, spontanée, l’anisotropie magnétocristalline, et la magnétostriction et l’échelle mésoscopique qui définit les propriétés extrinsèques comme les structures en domaines, et les processus d’aimantation. Enfin, nous donnerons un bref aperçu des propriétés spécifiques aux couches minces magnétiques, actuellement en plein essor, et nous commenterons les principales applications des matériaux magnétiques : matériaux doux, aimants permanents et matériaux pour l’enregistrement magnétique de haute densité.
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- Version archivée 1 de juin 1989 par Jean-Louis PORTESEIL
- Version courante de août 2018 par Hélène BEA, Liliana D. BUDA-PREJBEANU
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Applications du magnétisme3. Couches minces et multicouches
Beaucoup d’applications modernes du magnétisme utilisent des couches minces déposées sur un substrat, généralement monocristallin [7]. Le magnétisme de ces systèmes ne diffère pas fondamentalement de celui des matériaux massifs décrits jusqu’alors, mais des phénomènes nouveaux peuvent apparaître lorsque l’épaisseur de la couche magnétique devient comparable à la largeur de paroi ou à la longueur d’échange.
3.1 Domaines et parois dans les couches minces
Nous avons supposé jusqu’à maintenant que les parois de Bloch étaient semi-infinies. Il n’y a, dans ce cas, pas de charges de surface, donc pas d’énergie magnétostatique associée à leur formation. Ceci n’est plus vrai dans les systèmes en couches minces et on montre qu’un autre type de parois, appelées parois de Néel, peut être énergétiquement favorisé. Dans les parois de Néel, l’aimantation tourne dans un plan de façon à ne pas créer de charges à la surface de la couche. L’énergie de paroi associée s’écrit :
où e est l’épaisseur de la couche.
Dans le fer, la transition entre paroi de Bloch et paroi de Néel se produit pour e ª 10 nm.
Il existe en fait un troisième type de paroi, appelé paroi en bec de perroquet (cross-tie wall ), stable pour des épaisseurs intermédiaires entre paroi de Néel et paroi de Bloch. Cette configuration complexe associe une paroi de Néel de chiralité alternée coupée perpendiculairement à intervalles réguliers par des segments de paroi de Néel (figure 14).
HAUT DE PAGE3.2 Anisotropie de surface
À la surface libre d’une couche mince, la brisure de symétrie modifie considérablement le champ cristallin des atomes de surface et par voie de fait l’anisotropie magnétocristalline associée. On peut écrire phénoménologiquement l’anisotropie magnétique totale comme la somme...
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