Study of structural and magnetic properties of Fe/Cu/Fe multilayers using a computational approach

Abstract

Cette thèse porte sur l’étude des propriétés structurale et magnétique des multicouches FM/NM/FM (FM pour ferromagnétique et NM pour non-magnétique) en utilisant une approche originale basée sur la physique statistique et les méthodes numériques. L’intérêt portée sur les multicouches magnétiques vient du fait que ces systèmes artificiels présentent des propriétés complètement différentes de celles des éléments conventionnels, c’està- dire Fe et Cu dans nos travaux. Ces propriétés nouvelles présentent beaucoup d’avantages selon la littérature. Toutefois, la question de leur origine liée vraisemblablement aux épaisseurs individuelles des couches et aux agencements susceptibles de conduire à des effets magnétiques spectaculaires reste pour certains aspects un sujet de débats au sein de la communauté scientifique. Nous avons utilisé la méthode de Monte Carlo avec le critère de Metropolis pour caractériser les effets de l’interface sur les différentes multicouches. Nous avons construit nos systèmes de multicouches à base de fer (Fe) pour FM et de cuivre (Cu) pour NM en utilisant la méthode de construction dite du diagramme de Voronoï. En utilisant une approche numérique, nous montrons que les propriétés structurale et magnétique de chaque couche du système sont déterminées par les épaisseurs des couches et la nature de l’interface entre les deux couches. Le Fe et le Cu peuvent adopter des structures cubiques centrée, CC, cubique à face centrée, CFC, alors que l’interface quant à elle peut être de structure amorphe, CC, CFC, ou un mélange des deux dernières structures. Un magnétisme (amplitude très réduite par rapport à celle relative à la couche massive de fer) a été observé à l’interface, sûrement à cause de la présence des atomes de Fe. En effet, il a été montré que tant que la structure du Fe demeure CC, le magnétisme sera toujours observé. Au voisinage de la température de Curie, La susceptibilité magnétique présente des fluctuations à l’interface, en relation avec la grandeur des épaisseurs des couches adjacentes. Ces résultats sont en accord avec ceux des études expérimentales menées sur des structures comparables, et pourront aider à comprendre l’origine des effets exhibés par ces multicouches, qui ont une portée technologique très importante, et notamment dans la création de la magnétorésistance géante et de la magnéto-impédance géante.