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Métamorphoses et sauts de parois magnétiques


Métamorphoses et sauts de parois magnétiques

Les parois magnétiques sont des objets immatériels qui correspondent à une variation rapide de l’ordre magnétique. Elles sont cependant bien réelles : par exemple elles constituent les données écrites sur un disque dur d’ordinateur. Les parois sont usuellement manipulées par un champ magnétique, qui favorise le domaine situé d’un côté de la paroi et défavorise l’autre, exerçant ainsi une pression sur la paroi. Les recherches actuelles en électronique et magnétisme (la "spintronique") portent sur des autres moyens d’agir sur les parois, par exemple par un courant électrique. En effet, dans un métal magnétique, un courant électrique entraîne aussi un "courant d’aimantation", qui agit directement sur la paroi. Pour ces études, les densités de courant étant importantes (environ un million de fois ce que peut supporter un câble électrique domestique), on utilise des nanostructures magnétiques sous forme de nanobandes.

 

 

Images magnétiques, par microscopie à force magnétique, d’une nanobande d’alliage NiFe en forme d’arc de cercle, large de 500 nm et d’épaisseur 17 nm. La paroi initiale, vue comme un trapèze sombre (a), change de structure pour adopter une forme en papillon (b) après une impulsion de courant (durée 1 ns, densité de courant 3.8 1012 A/m2 ; la flèche indique le sens de déplacement des électrons). Cette transformation jointe à l’effet du courant d’aimantation donne lieu à un déplacement de plus de 1 micron. Une seconde impulsion de courant déplace cette paroi, sans la transformer cette fois, mais seulement de moins de 0.5 micron (c).

 

Pour comprendre le mouvement de l’aimantation et des parois magnétiques, il faut faire l’analogie avec une toupie plutôt qu’avec un point matériel. Plus précisément, une aimantation soumise instantanément à un champ magnétique va commencer par tourner autour de celui-ci pour, après un temps beaucoup plus long, s’aligner sur le champ. En conséquence, il avait été prévu que si une paroi se transformait, elle devrait se déplacer, du moins dans un matériau parfait. Nos expériences ont mis un évidence un déplacement important lors de cette transformation. Ce déplacement a été observé dans les deux sens, ceci étant relié à la manière dont la paroi se transforme, comme prévu par la théorie. L’excitation qui crée la transformation importe peu : nous avons observé le même déplacement pour une transformation par une impulsion très courte de courant, ou de champ magnétique.

 

Cette observation et son interprétation ont des conséquences sur le déplacement de paroi par impulsions très courtes de courant. Nous avons en effet montré que ce déplacement permet de remonter aux paramètres de l’action du courant sur la paroi, pourvu qu’il n’y ait pas de transformation ou que, en cas de transformation, le déplacement associé de la paroi puisse se produire intégralement (pas de blocage de la paroi par des défauts).

 

Référence :

 

Magnetic domain walls displacement : automotion versus spin-transfer torque, J.-Y. Chauleau, A. Thiaville, R. Weil, J. Miltat - Phys. Rev. B 82, 214414(7) (2010)