Nanometers-thick self-organized Fe stripes: bridging the gap between surfaces and magnetic materials

We have fabricated 5nm-high Fe(110) stripes by self-organized (SO) growth on a slightly vicinal R(110)/Al2O3(11-20) surface, with R=Mo, W. Remanence, coercivity and domain patterns were observed at room temperature (RT). This contrasts with conventional SO epitaxial systems, that are superparamagnetic or even non-magnetic at RT due to their flatness. Our process should help to overcome superparamagnetism without compromise on the lateral size if SO systems are ever to be used in applications

Growth modes of Fe(110) revisited: a contribution of self-assembly to magnetic materials

We have revisited the epitaxial growth modes of Fe on W(110) and Mo(110), and propose an overview or our contribution to the field. We show that the Stranski-Krastanov growth mode, recognized for a long time in these systems, is in fact characterized by a bimodal distribution of islands for growth temperature in the range 250-700°C. We observe firstly compact islands whose shape is determined by Wulff-Kaischev's theorem, secondly thin and flat islands that display a preferred height, ie independant from nominal thickness and deposition procedure (1.4nm for Mo, and 5.5nm for W on the average). We used this effect to fabricate self-organized arrays of nanometers-thick stripes by step decoration. Self-assembled nano-ties are also obtained for nucleation of the flat islands on Mo at fairly high temperature, ie 800°C. Finally, using interfacial layers and solid solutions we separate two effects on the preferred height, first that of the interfacial energy, second that of the continuously-varying lattice parameter of the growth surface.Comment: 49 pages. Invited topical review for J. Phys.: Condens. Matte

Nucleation of magnetisation reversal, from nanoparticles to bulk materials

We review models for the nucleation of magnetisation reversal, i.e. the formation of a region of reversed magnetisation in an initially magnetically saturated system. For small particles models for collective reversal, either uniform (Stoner-Wohlfarth model) or non-uniform like curling, provide good agreement between theory and experiment. For microscopic objects and thin films, we consider two models, uniform (Stoner-Wohlfarth) reversal inside a nucleation volume and a droplet model, where the free energy of an inverse bubble is calculated taking into account volume energy (Zeeman energy) and surface tension (domain wall energy). In macroscopic systems, inhomogeneities in magnetic properties cause a distribution of energy barriers for nucleation, which strongly influences effects of temperature and applied field on magnetisation reversal. For these systems, macroscopic material parameters like exchange interaction, spontaneous magnetisation and magnetic anisotropy can give an indication of the magnetic coercivity, but exact values for nucleation fields are, in general, hard to predict.Comment: 12 pages; Published in a Special Issue of the C. R. Physique devoted to nucleation. C.R. Physique 7, 977 (2006). Corrected version, as publishe

Couches épitaxiales magnétiques à paramètre cristallin ajustable

The main aim of this thesis is to quantify the relation ship between misfit or a crystalline parameter different from the bulk one on one side and the behaviour of growth and magnetic properties on the other side. An original procedure, based on alternative pulsed laser depositions (PLD) from two different targets, has been developed to fabricate high quality buffer layers with a tunable lattice parameter and an independently controllable surface energy. This procedure is applied to the study of effects due to misfit and chemical interface on the growth and magnetic properties of thick selforganized iron stripes. Self-organized stripes of Fe were fabricated by PLD with a height up to five nanometers in contrast with results found in the literature (one or two atomic layers in height). This new elevated thickness allowed us to obtain remanence, coercivity, and/or splitting into stable magnetic domains at room temperature. Magnetic domains were revealed by X-ray circular magnetic dichroisme. Finally, we have proposed an analytical model of magnetization reversal in flat dots and stripes. This model predicts the values of both reversal and nucleation fields as function of the dot thickness. The results of this model are in good agreement with numerical simulations.L'objectif principal de cette thèse est d'établir un lien quantitatif entre un désaccord paramétrique ou un paramètre de maille différent du massif d'une part, et un comportement de croissance ou une propriété magnétique d'autre part. Une méthode originale est développée afin de fabriquer des couches tampon à paramètre cristallin ajustable et d'énergie de surface contrôlable indépendamment. Ce développement est ensuite mis à profit pour étudier les effets du désaccord paramétrique et de l'interface chimique sur la croissance de bandes de Fe auto-organisées épaisses. Des bandes auto-organisées de Fe d'épaisseur jusqu'àcinq nanomètres ont pu être élaborées, ce qui contraste avec les résultats de la littérature (un ou deux plans atomiques). Cette épaisseur inhabituellement élevée nous a permis d'obtenir rémanence, coercitivité, et/ou subdivision en domainesmagnétiques stables à température ambiante. Les domaines magnétiques ont été mis en évidence par dichroïsme magnétique circulaire des rayon X. Enfin nous avons développé un modèle micromagnétique analytique du renversement d'aimantation dans une nanostructure ultramince, qui pourra être appliqué à certaines des nouvelles structures élaborées au cours de cette thèse

Couches épitaxiales magnétiques à paramètre cristallin ajustable

L'objectif est d'établir un lien quantitatif entre un paramètre de maille différent du massif d'une part, et un comportement de croissance ou une propriété magnétique d'autre part. Une méthode originale est développée afin de fabriquer des couches tampon à paramètre cristallin ajustable et d'énergie de surface controlable indépendamment. Ce développement est ensuite mis à profit pour étudier les effets du désaccord paramétrique et de l'interface chimique sur la croissance de bandes de FE auto-organisées épaisses. De telles bandes d'épaisseurs jusqu'à 5 NM ont pu être élaborées, ce qui contraste avec les résultats de la littérature (1 ou 2 plans atomiques). Cette épaisseur élevée nous a permis d'obtenir remanence, coercitivité, et/ou subdivision en domaines magnétiques stables à température ambiante. Les domaines magnétiques ont été mis en évidence par XMCD. Enfin, nous avons développé un modèle micromagnétique analytique du renversement d'aimantation dans une nanostructure ultramince.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF