Renversement d`aimantation : les ondes acoustiques se font entendre

Renversement d’aimantation : les ondes acoustiques
se font entendre
Renverser l’aimantaon de façon rapide, localisée, et sous un champ magnéque faible,
voire nul, constue l’un des enjeux majeurs de l’amélioraon du stockage et de la manipula-
on de l’informaon codée magnéquement. Une approche envisagée est l’ulisaon de la
magnétostricon inverse, c’est à dire la modicaon de la direcon de l’aimantaon induite
par une déformaon du matériau. Ce processus est très ecace lorsque la déformaon est
produite dynamiquement par une onde acousque. C’est ce qu’a démontré un groupe de
chercheurs de l’Instut des Nanosciences de Paris : dans un semiconducteur magnéque,
des ondes acousques de surface couplées à l’aimantaon dans 2 géométries diérentes
(approche résonante ou non-résonante), se sont révélées capables de renverser ecace-
ment l’aimantaon.
Dans un lm magnéque possédant une direcon privilégiée d’aimantaon (on parle d’ « axe fa-
cile »), cee dernière peut se renverser de deux façons suivant que le champ magnéque lui est
appliqué parallèlement ou perpendiculairement. Nous avons revisité ces deux mécanismes en pré-
sence de magnétostricon [1], en considérant le cas d’une déformaon par une onde acousque
de surface. Ces ondes élasques font osciller les atomes à plusieurs centaines de MHz, justement
le long des direcons permeant un couplage opmal à l’aimantaon. Le matériau étudié est une
ne couche de 50 nm de (Ga,Mn)(As,P) aimantée perpendiculairement au plan. Ce semiconducteur
magnéque de faible température de Curie (<100 K), présente une magnétostricon bien comprise
et ajustable pendant la croissance épitaxiale. Nous avions au préalable démontré qu’il y avait bien
couplage entre l’aimantaon de ce matériau et une onde acousque de surface [2].
Le premier mécanisme est dénommé « renversement précessionel ». Le col d’énergie séparant les
deux posions d’équilibre de l’aimantaon (« haut »/ « bas ») est d’abord abaissé par un champ
magnéque aligné selon l’axe dicile. Une pete impulsion d’un deuxième champ sut alors à la
mise hors d’équilibre. Dans certaines condions, la mise en mouvement (« précession ») de l’aiman-
taon qui en résulte est de susamment grande amplitude pour la faire passer dans l’autre vallée
d’énergie. En coupant l’excitaon au milieu d’un cycle, elle termine sa trajectoire à l’opposé de sa
posion de départ. La durée opmale de l’excitaon dépend de façon très sensible du coecient
magnéto-stricf, et de l’amplitude de la déformaon.
Dans cee géométrie, nous avons montré expérimentalement qu’une onde acousque permeait
en eet de renverser l’aimantaon de (Ga,Mn)(As,P) [3]. C’est le couplage magnéto-stricf qui gé-
nère le pet champ eecf déclenchant sa précession (Fig. 1). Il est d’autant plus ecace que le
champ magnéque est tel que la fréquence de précession de l’aimantaon devient très proche de
celle de l’onde acousque (transducteurs à 549 MHz). à ce tre, l’ulisaon de (Ga,Mn)(As,P) – à
faible aimantaon et basses fréquences de précession – rend la tâche parculièrement aisée.
FAIT d'ACTU . Mai 2016

Références
[1] « Irreversible magnezaon switching using surface acousc waves”,
L. Thevenard, J.-Y. Duquesne, E. Peronne, H. J. von Bardeleben, H. Jares, S. Ruala, J-M. George, A. Le-
maître, and C. Gourdon, Physical Review B 87, 144402 (2013)
hp://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.87.144402
[2] “Surface-acousc-wave-driven ferromagnec resonance in (Ga,Mn)(As,P) epilayers”,
L. Thevenard, C. Gourdon, J.Y. Prieur, H. J. von Bardeleben, S. Vincent, L. Becerra, L. Largeau, J.Y. Du-
quesne, Physical Review B 90, 094401 (2014)
hp://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.90.094401
[3] “Precessional magnezaon switching by a surface acousc wave”,
L. Thevenard, I. S. Camara, S. Majrab, M. Bernard, P. Rovillain, A. Lemaître, C. Gourdon, and J.-Y. Duquesne
Phys. Rev. B 93, 134430 (2016)
hp://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.93.134430
[4] “Strong reducon of the coercivity by a surface acousc wave in an out-of-plane magnezed epi-
layer”, L. Thevenard, I. S. Camara, J.-Y. Prieur, P. Rovillain, A. Lemaître, C. Gourdon, and J.-Y. Duquesne,
Physical Review B 93, 140405(R) (2016)
hp://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.93.140405
Contact
Laura Thevenard : thev[email protected].fr
hp://www.insp.jussieu.fr/Semiconducteurs-magneques.html
Dans le deuxième mécanisme, un champ magnéque croissant est appliqué selon l’axe facile. De
pets domaines d’aimantaon opposée à l’aimantaon iniale sont ainsi créés orientés le long du
champ. Ils grossissent jusqu’au renversement complet de la couche au champ coercif. Le coût de
créaon de ces domaines dépend justement du terme magnétostricf, et donc de la déformaon on-
dulatoire subie par le matériau, tantôt posive, tantôt négave. La nucléaon de domaines sera donc
facilitée une demi-période sur deux. Dans cee géométrie-ci, nous avons observé que la propagaon
d’une onde acousque pendant l’applicaon du champ permeait une diminuon de plus de moié
du champ coercif [4] (Fig. 2).
Ces résultats valident donc l’approche du renversement d’aimantaon assisté acousquement. Ren-
versement « ondulatoire », il ouvre la possibilité d’un contrôle spaal n du bit magnéque en faisant
par exemple interférer plusieurs ondes. Il s’agit maintenant d’étendre ces expériences à des matériaux
fonconnant à température ambiante (nickel, galfenol), mais où l’obtenon d’un couplage résonant à
des champs magnéques raisonnables sera un réel dé.
Figure 1
Une onde acousque de surface (SAW) est
émise par des transducteurs interdigités.
L’axe facile magnéque est perpendicu-
laire au plan. Au cours de sa propagaon,
la SAW se couple à l’aimantaon et peut
la faire précesser si le champ est appliqué
dans le plan (dicile d’aimantaon).
Figure 2
Image en microscopie Kerr (690 x 924 µm²) de l’aimantaon
renversée sur le trajet de l’onde acousque (T=30 K, B=8mT).
L’onde acousque n’est émise que dans les 2/3 supérieurs de
l’image.