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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 »

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 ,[object Object],[Wachowiak et al, Science 2001] [ Shinjo et al, Science 2000] Résolution théorique: 1 nm

OBJECTIFS DU STAGE ,[object Object],[object Object]

Principe de fonctionnement du BEEM non magnétique (Ballistic Electron Emission Microscopy) x E ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],1 2 4 3 [Prietsh, Phys Rep 1995] [Smoliner et al., Rep Prog Phys 2004]

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]

Structure de l’échantillon: Au/Cu /Co(2)/Cu(6)/Co(2)/ Cu/Au/Si(111) ,[object Object],[object Object],Image topographique Image avec contraste magnétique Exemple d’imagerie BEEM [Kaidatzis et al., Phys RevB 2008] 0.022 % Transmission 0.080 %

PLAN ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

[object Object],[object Object],[ Wachowiak et al Science 2001] [Shinjo et al Science 2000] Simulation d’un vortex magnétique Première détection historique du cœur de vortex par MFM

[object Object],[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

Dispositif qu’on a imaginé pour caractériser des vortex par BEEM

Principe de nano-fabrication Enrésinage Insolation Développement Dépôt Lift-off Gravure IBE Polariseur Analyseur

[object Object],Caractéristique courant/tension des diodes Schottky : Structure des diodes Schottky: Si//Au(100nm) Diamètre des d iodes Schottky : 4mm Hauteur de la barrière Schottky :

[object Object],Couche métallique PMMA Substrat Si (111) Solvant (Acétone) Substrat Si (111) PMMA Couche métallique MAA 500nm 500nm

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 ,[object Object],[object Object],[object Object],1µm 1µm

Caractérisation magnétique de l’analyseur par effet Kerr longitudinal Structure de l’échantillon : Si//Au(5nm)/Py(6nm)/Au(5nm)

[object Object],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)

[object Object],Cœur de vortex magnétique Réseau de nano-disque magnétique 100x100µm² Structure de l’échantillon : Si//Py(15nm)

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)

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

[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Nano-disque magnétique avec un état vortex

CARACT É RISATION MAGN ÉTIQUE ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

[object Object],[object Object]

[object Object],[object Object],[object Object]

[object Object],Caractérisation magnétique de l’analyseur

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