Accueil > Français > Actualité

Observer et contrôler les sauts d’une paroi de domaine à l’échelle nanométrique


Une des pistes de recherche vers des mémoires toujours plus denses et moins énergivores est basée sur l’utilisation de parois de domaines ferromagnétiques. Dans une piste magnétique, celles-ci peuvent être vues comme de briques de base de support de l’information, dont la lecture séquentielle est permise en les déplaçant de manière contrôlée, par l’application d’un courant électrique. Une paroi de domaine correspond à la zone, épaisse de seulement quelques nanomètres, séparant deux domaines de directions d’aimantation opposées. Une difficulté particulière réside dans leur extrême sensibilité aux défauts (défauts cristallins, rugosité du bord de la piste…), ce qui fait obstacle à leur manipulation et augmente les courants nécessaires pour les mettre en mouvement. Dans le cadre d’une collaboration, trois équipes de l’université Paris-Sud, venant du laboratoire Aimé Cotton (LAC), du Laboratoire de Physique des Solides (LPS) et de l’Institut d’Electronique Fondamentale (IEF), ont développé une nouvelle méthode permettant d’observer le piégeage subi par ces parois. Ainsi, un microscope permet d’identifier et décrire la paroi de domaine avec une résolution nanométrique, de la déplacer par un échauffement local induit par un laser et mesurer la force des différents pièges rencontrés. Ce travail, publié dans la revue Science, montre le fort potentiel de cette nouvelle technique d’imagerie, dans le cadre de la recherche vers de nouveaux dispositifs pour l’électronique de spin.

Cette étude est menée sur des parois de domaines contenues dans une piste ferromagnétique large de 1.5 µm et épaisse de seulement 1 nm. Grâce à un unique défaut (inclusion d’un atome d’azote et d’une lacune) contenu dans un nano-diamant fixé au bout d’une pointe d’un microscope à force atomique, il est possible de cartographier le champ magnétique produit par la paroi de domaine, en mesurant la luminescence du défaut. La faible distance pointe–surface et la très grande sensibilité de ce défaut permettent une très haute résolution spatiale. En outre, le laser utilisé pour la mesure de luminescence induit, à forte puissance, des sauts des parois de domaine entre différents sites stables (pièges). Il est alors possible d’identifier l’ensemble des sites de piégeage dans le fil en balayant le laser. L’analyse des fréquences de saut permet ensuite de quantifier la force du piégeage. De telles informations sont essentielles, d’une part pour l’amélioration des matériaux pour l’électronique de spin et d’autre part pour mieux comprendre les mesures de dynamique de parois de domaines, en tenant compte de l’influence des défauts de l’échantillon.

 

Contact :
Stanislas Rohart

Référence :
Nanoscale imaging and control of domain-wall hopping with a nitrogen-vacancy center microscope
J.-P. Tetienne, T. Hingant, J.-V. Kim, L. Herrera Diez, J.-P. Adam, K. Garcia, J.-F. Roch, S. Rohart, A. Thiaville, D. Ravelosona, and V. Jacques
Science 344, 1366-1369 (2014).