Effets du champ électrique sur le magnétisme

Effets du champ électrique sur le magnétisme
Contact : Alain MARTY DSM/INAC/SP2M/NM [email protected]
Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Résumé :
Peut-on modifier les propriétés physiques d'un métal par l'application d'un champ électrique ? Un métal écrante le champ électrique sur une distance
de l'ordre du nanomètre car les charges migrent à la surface pour créer un champ électrique opposé. Cet apport de charge déplace le niveau de
Fermi, conduisant à une modification des propriétés physiques.
Nous avons montré en utilisant un électrolyte comme moyen d'appliquer le champ électrique que le magnétisme d'un métal était sensible à cet apport
de charge. Pour étendre la gamme des propriétés physiques mesurables et des conditions expérimentales, nous utiliserons des barrières isolantes
solides. Au cours de du stage, nous étudierons l'effet local d'un champ électrique le transport électronique (spintronique) et sur une transition de
phase antiferromagnétique/ferromagnétique.
L'étudiant sera initié aux techniques d'élaboration sous ultra-vide, aux caractérisations structurales, magnétiques et électriques. La mise en forme des
échantillons sera réalisée par lithographie électronique sur une plateforme technologique de haute performance (pta-grenoble.com).
Sujet détaillé :
Il est bien connu qu?un champ électrique ne pénètre à l?intérieur d?un métal que sur une distance très faible, de l?ordre de quelques nanomètres. Le
champ à l?intérieur est alors écranté par une densité de charge de surface. Beaucoup de propriétés physiques sont perturbées par cette modification
locale de la densité d?électrons, mais dans les systèmes massifs, ce changement passe inaperçu. En revanche, dans des couches ultra-minces on
doit s?attendre à des effets importants.
C?est ce que nous avons observé sur des films minces d?alliages ferromagnétiques ordonnés à aimantation perpendiculaire (FePt et FePd). En
collaboration avec des collègues du CNRS, nous avons observé sur ces couches minces (2-4 nm) une modification significative du cycle d?hystérésis
lorsque celles-ci sont soumises à un fort champ électrique (voir figure). Un tel effet pourrait être mis à profit pour faciliter le renversement
d?aimantation dans des dispositifs de spintronique. Pour cela, il faut d?abord étudier plus finement l?effet d?un champ électrique sur les propriétés
magnétiques de ces couches minces. En particulier, il serait intéressant de trouver les systèmes et les propriétés physiques pour lesquels cet effet
électrique est le plus important.
Dans le premier système sur lequel ces effets ont été observés, le champ électrique était appliqué à travers la double couche d?un électrolyte. Nous
souhaitons maintenant étudier un système comportant une barrière solide (MgO), afin d?étendre la gamme de techniques expérimentales de
caractérisation pour l?étude des effets de champ électrique. Cela permettra aussi d?élargir le domaine d?observation de ces effets (température) et
de limiter les problèmes liés à la réactivité de l?électrolyte.
Durant le stage, l?étudiant participera à l?élaboration et la mise en forme des échantillons (FePt/MgO/Pt) par lithographie optique et électronique,
mais aussi à l?observation des effets de champ électrique par magnéto-optique et par des mesures de transport électronique (effet Hall
extraordinaire). À cette occasion il se familiarisera avec les techniques de dépôt de couches minces en ultravide (épitaxie par jets moléculaires), et
avec les caractérisations magnétiques (magnétomètres à échantillon vibrant et à SQUID, microscopie à force magnétique, magnétomètre à effet Kerr)
et électriques. La réalisation des dispositifs de mesure nécessitant des étapes de lithographie et de gravure, l?étudiant sera aussi formé à ces
techniques à la Plateforme de Technologie Avancée.
[1] Weisheit et al, Science 315 349 (2007)

Compétences requises :
connaissance de base du magnétisme, de la physique de la matière condensée