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Comment deux interfaces se déplaçant dans deux milieux couplés peuvent-elles être liées dynamiquement ?


Comment deux interfaces se déplaçant dans deux milieux couplés peuvent-elles être liées dynamiquement ?

Le mouvement d’interfaces élastiques dans des milieux faiblement désordonnés intervient dans de nombreux phénomènes hors équilibre tels que la croissance cristalline, le mouillage, la combustion, le mouvement des vortex dans les supraconducteurs, le retournement de l’aimantation dans un ferromagnétique ou de la polarisation dans un ferroélectrique. Jusqu’à présent, ces études furent essentiellement dévolues à l’universalité de la dynamique d’interfaces uniques. Des études antérieures, effectuées au LPS sur des couches ferromagnétiques ultra-minces de cobalt à anisotropie perpendiculaire, ont prouvé que les parois de domaines constituaient des objets modèles idéaux pour explorer la physique d’interfaces élastiques. Dans la nature, les effets d’interaction ne peuvent pas être négligés. Il était alors crucial de s’intéresser au mouvement de deux interfaces couplées dans des milieux physiquement distincts, plus précisément au déplacement relatif, sous champ magnétique, de parois de domaines situées dans deux couches ferromagnétiques ultra-minces de cobalt.

 

Un groupe Grenoblois a préparé des structures en couches ultra-minces Pt/Co/Pt/Co/Pt couplées par interaction d’échange oscillant au travers une couche de Pt non magnétique. Des mesures précises de vitesse de déplacement de parois sous l’action du champ magnétique ont été réalisées au LPS par microscopie magnéto-optique à haute résolution spatiale et temporelle. Cette étude démontre que la dynamique des parois qui se déplacent ensemble sur des gammes de champ assez étendues, est liée. Ces états liés ont leur propre réponse vitesse-champ qui dépend de la force de l’interaction. Un modèle à une dimension, développé en collaboration entre l’étudiant en thèse (cotutelle Franco-Australienne) et les groupes de théoriciens Australien et Italien, permet de reproduire cet effet.

 

Fig. : Image magnéto-optique présentant de 3 zones de contrastes magnétiques, générées sous champ. Les aimantations des couches individuelles constituant la multicouche (représentée schématiquement en dessous) sont indiquées par les flèches. La paroi (bleue) entre la zone de contraste gris foncé (deux domaines d’aimantations antiparallèles) et celle gris clair (deux domaines d’aimantations parallèles, vers le bas) est localisée dans la seule couche du dessus. Les zones contrastées noir et gris clair correspondent à deux domaines d’aimantation parallèles, vers le haut et vers le bas : dans chaque couche, une paroi est présente (rouge). La paroi qui « traverse » les deux couches est une paroi liée, dont la dynamique est caractéristique du couplage J entre les couches.

 

Ces travaux se prolongent actuellement par l’étude de la dynamique du déplacement de paroi dans une couche de cobalt couplée à un réseau de plots de cobalt d’espacement et de dimensions nanométriques. Il s’agit encore d’un système modèle pour étudier l’effet contrôlé d’un champ inhomogène sur le piégeage de la paroi. C’est l’analogue du phénomène connu en magnétisme dit du « couplage d’échange », cet effet étant unidirectionnel car associé au signe de l’aimantation des nano-plots.

 

Collaboration :

Avec les théoriciens de Perth. La visite d’un professeur Australien a bénéficié d’un financement sur un projet RTRA (Triangle de la Physique).

 

Renseignements

Chercheurs contacts :

P. Metaxas, actuellement post-doctorant à l’Unité Mixte de Physique CNRS/Thalès, 91767 Palaiseau Cedex.

J. Ferré, Laboratoire de Physique des Solides, Bat 510, Université Paris-Sud, 91405 Orsay.

 

Laboratoires concernés :

  • Laboratoire de Physique des Solides, UMRS 8502/CNRS/Université Paris-Sud, 91405 Orsay
  • SPINTEC, UMR 8191, CEA-INAC/CNRS/UJF- Grenoble-INP, 17 rue des Martyrs, 38054 Grenoble Cedex 9
  • School of Physics, M013, University of Western Australia, 35 Stirling Hwy, Crawley WA 6009, australia
  • Istituto dei Sistemi Complessi, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Via Madonna del Piano 10, 50019 Sesto Fiorentino, Italy

 

Publication :

Dynamic Binding of Driven Interfaces in Coupled Ultrathin Ferromagnetic Layers, P.J. Metaxas, R.L. Stamps, J.-P. Jamet, J. Ferré, V. Baltz, B. Rodmacq, et P. Politi, Phys. Rev. Lett. 104, 237206 (2010).