MICROSCOPIE MAGNÉTIQUE  À  ÉLECTRONS  BALISTIQUES  VERS  L’ÉTUDE  DE  NANOSTRUCTURES  MAGNÉTIQUES Lieu du stage :  Laborat...
Imagerie magnétique à haute résolution : apport des techniques de champ proche MFM  (Microscopie à Force Magnétique) SP-ST...
OBJECTIFS DU STAGE <ul><li>Optimisation de la procédure de fabrication des nano-disques magnétiques, dans le but de détect...
Principe de fonctionnement du BEEM non magnétique (Ballistic Electron Emission Microscopy) x E <ul><li>Injection d’électro...
Principe du contraste magnétique dans le transport à électrons chauds exemple d’une vanne de spin Co(2)/Cu/Co(2) État d’ai...
Structure de l’échantillon: Au/Cu /Co(2)/Cu(6)/Co(2)/ Cu/Au/Si(111) <ul><li>Taille d’image: 1.2 x 1.2 μm² </li></ul><ul><l...
PLAN <ul><li>LE VORTEX MAGNÉTIQUE </li></ul><ul><li>NANO-FABRICATION  </li></ul><ul><li>NANO-DISQUES MAGNÉTIQUES  </li></u...
1.  LE VORTEX MAGNÉTIQUE
<ul><li>État vortex dans un nano-disque </li></ul><ul><li>Compétition entre énergie d’échange et énergie dipolaire  </li><...
<ul><li>Conditions pour obtenir un état vortex dans un nano-disque magnétique </li></ul>[Cowburn et al., PRL 1999] CONDITI...
Dispositif qu’on a imaginé pour caractériser des vortex par BEEM
2. NANO-FABRICATION
Principe de nano-fabrication Enrésinage Insolation Développement Dépôt Lift-off Gravure IBE Polariseur Analyseur
<ul><li>Traitement thermique sur des diodes Schottky </li></ul>Caractéristique courant/tension des diodes Schottky : Struc...
<ul><li>Optimisation de la nano-fabrication des nanodisques </li></ul>Couche métallique PMMA Substrat  Si (111) Solvant (A...
Contact de la résine au bord des nano-disques  Test de dosage pour l’optimisation de la nano-fabrication du polariseur   D...
3. NANO-DISQUES MAGNÉTIQUES
Caractérisation magnétique de l’analyseur par effet Kerr longitudinal   Structure de l’échantillon : Si//Au(5nm)/Py(6nm)/A...
<ul><li>Réseau de nano-disque  magnétique 100x100µm² </li></ul>H Réseau de nano-disques magnétiques soumis à un champ magn...
<ul><li>Caractérisation magnétique par MFM du polariseur </li></ul>Cœur de vortex magnétique Réseau de nano-disque magnéti...
Caractérisation magnétique par MFM du polariseur avec une pointe champ faible Réseau de nano-disque magnétique 100x100µm² ...
Caractérisation magnétique par MFM et effet Kerr longitudinal du polariseur  Structure de l’échantillon : Si//Au(5nm)/Py(1...
<ul><li>4. CONCLUSION </li></ul>
<ul><li>Dans ce travail nous avons optimisé la fabrication des nano-disques magnétiques. </li></ul><ul><li>L’état vortex a...
CARACT É RISATION MAGN ÉTIQUE <ul><li>Magnétométrie optique Kerr  (MOKE) : </li></ul><ul><li>Cette technique permet de rec...
<ul><li>Effet Kerr Longitudinal </li></ul><ul><li>Le champ magnétique est à la fois parallèle au plan d’incidence et au pl...
<ul><li>Microscopie à force magnétique  (MFM) : </li></ul><ul><li>Le MFM (Magnetic Force Microscope) est un moyen d’invest...
<ul><li>Courbe d’hystérésis mesuré par magnétométrie optique à effet Kerr polaire. Échantillons Si//Au(5nm)/Py(t)/Au(5nm) ...
<ul><li>Courbe d’hystérésis mesuré par magnétométrie optique à effet Kerr longitudinal, pour des orientations allant de 0°...
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  • On garde le STM car injection ponctuelle à l’origine de la haute résolution. Il faudrait une technique qui sont l’échantillon en profondeur
  • BEEM magnetic microscopy - Data Storage

    1. 1. MICROSCOPIE MAGNÉTIQUE À ÉLECTRONS BALISTIQUES VERS L’ÉTUDE DE NANOSTRUCTURES MAGNÉTIQUES Lieu du stage : Laboratoire de Physique des Solides ( LPS ), équipe « Imagerie et dynamique en magnétisme » ( IDMAG ) Par Tarik NIAZI Université Paris 7 Denis Diderot Stage de Master 2 « Nanotechnologies et Nanosciences » Parcours « Sciences des Matériaux et Nano-Objets »
    2. 2. Imagerie magnétique à haute résolution : apport des techniques de champ proche MFM (Microscopie à Force Magnétique) SP-STM (Microscopie tunnel polarisé en spin) + Versatile + Pas de limite de température + Compatible avec des échantillons issus de processus de nanostrucutration - Résolution limitée à 10-20 nm + Résolution atomique - Échantillons modèles - Basse température et UHV uniquement - Limité à la surface <ul><li>Le BEEM offre la possibilité de sonder le volume avec une meilleure résolution que le MFM </li></ul>[Wachowiak et al, Science 2001] [ Shinjo et al, Science 2000] Résolution théorique: 1 nm
    3. 3. OBJECTIFS DU STAGE <ul><li>Optimisation de la procédure de fabrication des nano-disques magnétiques, dans le but de détecter la configuration magnétique VORTEX . </li></ul><ul><li>Caractérisation magnétique des nano-disques, en utilisant d’abord la magnétométrie optique Kerr (MOKE) puis la microscopie à force magnétique (MFM). </li></ul>
    4. 4. Principe de fonctionnement du BEEM non magnétique (Ballistic Electron Emission Microscopy) x E <ul><li>Injection d’électrons chaud par la pointe STM. </li></ul><ul><li>Transport et diffusion par des processus d’interaction inélastique. </li></ul><ul><li>Filtrage énergétique à l’interface base/semi-conducteur grâce à la barrière Schottky. </li></ul><ul><li>Collecte d’électrons balistiques . </li></ul>1 2 4 3 [Prietsh, Phys Rep 1995] [Smoliner et al., Rep Prog Phys 2004]
    5. 5. Principe du contraste magnétique dans le transport à électrons chauds exemple d’une vanne de spin Co(2)/Cu/Co(2) État d’aimantation Anti-parallèle État d’aimantation Parallèle Polariseur Analyseur [Rippard et Buhrmann PRL 2000]
    6. 6. Structure de l’échantillon: Au/Cu /Co(2)/Cu(6)/Co(2)/ Cu/Au/Si(111) <ul><li>Taille d’image: 1.2 x 1.2 μm² </li></ul><ul><li>Image sous champ magnétique de 100Oe </li></ul>Image topographique Image avec contraste magnétique Exemple d’imagerie BEEM [Kaidatzis et al., Phys RevB 2008] 0.022 % Transmission 0.080 %
    7. 7. PLAN <ul><li>LE VORTEX MAGNÉTIQUE </li></ul><ul><li>NANO-FABRICATION </li></ul><ul><li>NANO-DISQUES MAGNÉTIQUES </li></ul><ul><li>CONCLUSION </li></ul>
    8. 8. 1. LE VORTEX MAGNÉTIQUE
    9. 9. <ul><li>État vortex dans un nano-disque </li></ul><ul><li>Compétition entre énergie d’échange et énergie dipolaire </li></ul>[ Wachowiak et al Science 2001] [Shinjo et al Science 2000] Simulation d’un vortex magnétique Première détection historique du cœur de vortex par MFM
    10. 10. <ul><li>Conditions pour obtenir un état vortex dans un nano-disque magnétique </li></ul>[Cowburn et al., PRL 1999] CONDITIONS : Diamètre des nano-disques : > 300nm Épaisseur de la couche magnétique: > 6nm Point blanc : nano-disque avec état vortex Point noir : nano-disque avec état uniforme
    11. 11. Dispositif qu’on a imaginé pour caractériser des vortex par BEEM
    12. 12. 2. NANO-FABRICATION
    13. 13. Principe de nano-fabrication Enrésinage Insolation Développement Dépôt Lift-off Gravure IBE Polariseur Analyseur
    14. 14. <ul><li>Traitement thermique sur des diodes Schottky </li></ul>Caractéristique courant/tension des diodes Schottky : Structure des diodes Schottky: Si//Au(100nm) Diamètre des d iodes Schottky : 4mm Hauteur de la barrière Schottky :
    15. 15. <ul><li>Optimisation de la nano-fabrication des nanodisques </li></ul>Couche métallique PMMA Substrat Si (111) Solvant (Acétone) Substrat Si (111) PMMA Couche métallique MAA 500nm 500nm
    16. 16. Contact de la résine au bord des nano-disques Test de dosage pour l’optimisation de la nano-fabrication du polariseur Dose = 260µC/cm² Dose = 320µC/cm² <ul><li>Conditions optimales de nano-fabrication : </li></ul><ul><li>Bicouche MAA/PMMA </li></ul><ul><li>Dosage entre 320µC/cm² et 400µC/cm² </li></ul>1µm 1µm
    17. 17. 3. NANO-DISQUES MAGNÉTIQUES
    18. 18. Caractérisation magnétique de l’analyseur par effet Kerr longitudinal Structure de l’échantillon : Si//Au(5nm)/Py(6nm)/Au(5nm)
    19. 19. <ul><li>Réseau de nano-disque magnétique 100x100µm² </li></ul>H Réseau de nano-disques magnétiques soumis à un champ magnétique H Caractérisation magnétique du polariseur par effet Kerr longitudinal 500nm Structure de l’échantillon : Si//Py(15nm)
    20. 20. <ul><li>Caractérisation magnétique par MFM du polariseur </li></ul>Cœur de vortex magnétique Réseau de nano-disque magnétique 100x100µm² Structure de l’échantillon : Si//Py(15nm)
    21. 21. Caractérisation magnétique par MFM du polariseur avec une pointe champ faible Réseau de nano-disque magnétique 100x100µm² 500nm Structure de l’échantillon : Si//Py(15nm)
    22. 22. Caractérisation magnétique par MFM et effet Kerr longitudinal du polariseur Structure de l’échantillon : Si//Au(5nm)/Py(15nm)/Au(5nm) Réseau de nano-disque magnétique 100x100µm² 500nm
    23. 23. <ul><li>4. CONCLUSION </li></ul>
    24. 24. <ul><li>Dans ce travail nous avons optimisé la fabrication des nano-disques magnétiques. </li></ul><ul><li>L’état vortex a été mis en évidence dans nos nano-disques magnétiques : </li></ul><ul><li>Perspective : </li></ul><ul><li>Fabrication de l’ensemble de l’échantillon BEEM (polariseur+analyseur). </li></ul><ul><li>Caractérisation des vortex Test de la résolution ultime du BEEM. Étude du transport polarisé en spin en géométrie non-colinéaire. </li></ul>Nano-disque magnétique avec un état vortex
    25. 25. CARACT É RISATION MAGN ÉTIQUE <ul><li>Magnétométrie optique Kerr (MOKE) : </li></ul><ul><li>Cette technique permet de reconstruire le cycle d’hystérésis d’un matériau magnétique en mesurant la polarisation de la lumière après réflexion. Il existe deux géométrie principales de mesure : </li></ul><ul><li>Effet Kerr Polaire </li></ul><ul><li>Le champ magnétique est parallèle au plan d’incidence de la lumière et normale au plan de la surface du film que l’on étudie. On est alors sensible à l’aimantation perpendiculaire à la surface. </li></ul>
    26. 26. <ul><li>Effet Kerr Longitudinal </li></ul><ul><li>Le champ magnétique est à la fois parallèle au plan d’incidence et au plan de la surface du film que l’on étudie. On est alors sensible à l’aimantation dans le plan de la surface. </li></ul>
    27. 27. <ul><li>Microscopie à force magnétique (MFM) : </li></ul><ul><li>Le MFM (Magnetic Force Microscope) est un moyen d’investigation de champ proche utilisant les principes de base de l’AFM (Atomic Force Microscope 1986). La différence entre ces deux techniques est essentiellement le revêtement magnétique de la pointe silicium dans </li></ul><ul><li>le cas du MFM qui lui permet de sonder les forces magnétiques en plus des forces atomiques. </li></ul>
    28. 28. <ul><li>Courbe d’hystérésis mesuré par magnétométrie optique à effet Kerr polaire. Échantillons Si//Au(5nm)/Py(t)/Au(5nm) pour différentes épaisseur de Permalloy. </li></ul>Caractérisation magnétique de l’analyseur
    29. 29. <ul><li>Courbe d’hystérésis mesuré par magnétométrie optique à effet Kerr longitudinal, pour des orientations allant de 0° à 180°. Échantillons Si//Au(5nm)/Py(2nm)/Au(5nm) </li></ul>

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