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Croissance et magnétisme de couches ultraminces électrodéposés

par Allongue Philippe, Anne-Marie - publié le , mis à jour le

Participants : P. Allongue, R. Cortès et F. Maroun

Doctorants et Post-docs : H. Jurca (2009), G. Savidand (2007), P. Prod’homme (2005)

Les films magnétiques ultra minces sont importants pour le stockage de données et l’électronique de spin. Nous avons corrélé la morphologie des couches ultra-minces de Co/Au(111) avec leurs propriétés magnétiques. Les observations STM in situ (Fig. 1) montrent que la croissance suit un processus couche par couche et les caractérisations structurales indiquent que les films sont épitaxiés Co(0001).

L’évolution de la forme des cycles d’aimantation MH mesurés in situ et en temps réel avec le champ appliqué perpendiculairement (rangée supérieure) et parallèlement à la surface (Fig. 2) indique une réorientation de l’axe de facile aimantation, depuis une direction perpendiculaire à parallèle à la surface pour une épaisseur critique moyenne t* = 1.6 – 1.8 plans atomiques (ML). Cette faible valeur est attribuée à la terminaison hydrogène de la surface de cobalt provenant de la réduction des protons pendant le dépôt de cobalt par la réaction H^++e^-\rightarrow1/2H_2. L’épaisseur t* augmente très fortement et atteint $\sim$10 ML dès que l’on dépose une couche d’or sur le film de cobalt.

Le groupe a réalisé des études similaires avec les systèmes Fe et les alliages FeNi/Au(111).

Figure 1 : Séquence d’images STM in situ montrant la croissance couche par couche des premiers plans atomiques de cobalt sur une surface Au(111).

Fig. 2 : Courbes M – H extraites d’une série enregistrée à la cadence de 2 cycles/seconde pendant la croissance Co/Au(111). Mesures MOKE réalisées avec le champ magnétique appliqué perpendiculairement (ligne du haut) et parallèlement (ligne du bas) à la surface. L’épaisseur moyenne du cobalt est donnée pour chaque courbe. L’axe de facile aimantation est perpendiculaire en dessous de 1.6 ML et parallèle au-delà de 1.8 ML.

Publications :
- P. Allongue et Fouad Maroun, Electrodeposited Magnetic layers in the ultrathin limit, Material Research Society (MRS) Bulletin, 35 (2010) 761-770
doi:10.1557/mrs2010.505

- P. Allongue, F. Maroun, H. F. Jurca, N. Tournerie, G. Savidand, and R. Cortes, "Magnetism of electrodeposited ultrathin layers : Challenges and opportunities," Surf. Sci. 603 (10-12), 1831-1840 (2009).
http://dx.doi.org/10.1016/j.susc.2008.11.040

- P. Allongue, F. Maroun, Electrodeposition of two dimensional magnetic nanostructures on single electrode surfaces, Electrocrystallization and Nanotechnology, édité par G. Staikov, Wiley-VCH, Weinheim (2007), chapitre 11, pp. 217-241

- P. Prod’homme, F. Maroun, R. Cortès, P. Allongue, J. Hamrle, J. Ferré, J. P. Jamet, N. Vernier, Preparation, characterization and magneto optical investigations of electrodeposited Co/Au films, J. Magn. Magn. Mater. 315 (2007) 26-38
http://dx.doi.org/10.1016/j.jmmm.2007.02.199

- P. Allongue, L. Cagnon, C. Gomes, A. Gundel, and V. Costa, "Electrodeposition of Co and Ni/Au(111) ultrathin layers. Part I : nucleation and growth mechanisms from in situ STM," Surf. Sci. 557 (1-3), 41-56 (2004).
http://dx.doi.org/10.1016/j.susc.2004.03.016

- A. Gundel, T. Devolder, C. Chappert, J. E. Schmidt, R. Cortes, and P. Allongue, "Electrodeposition of Fe/Au(111) ultrathin layers with perpendicular magnetic anisotropy," Physica B-Condensed Matter 354 (1-4), 282-285 (2004).
http://dx.doi.org/10.1016/j.physb.2004.09.068

- L. Cagnon, T. Devolder, R. Cortes, A. Morrone, J. E. Schmidt, C. Chappert, P. Allongue, "Enhanced perpendicular magnetic anisotropy in electrodeposited Co/Au(111) layers", Phys. Rev. B 63 (2001) 104419
http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.63.104419