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Observer et contrôler les sauts d’une paroi de domaine magnétique dans un nanofil

28 août 2014

LPS - UMR 8502 , LAC - UMR 9188

En utilisant la grande sensibilité au champ magnétique et la résolution spatiale d’un microscope basé sur la détection d’un spin individuel dans un nanodiamant, des physiciens ont observé et contrôlé les sauts nanométriques d’une paroi de domaine magnétique dans un film d’épaisseur nanométrique.

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Les parois de domaines magnétiques sont les briques de base de nouveaux types de mémoires développées dans le cadre plus large de la spintronique. Ces parois, épaisses de quelques nanomètres, séparent des régions d’aimantations différentes et peuvent être déplacées par exemple par des impulsions de courant électrique. Toutefois, ces parois sont très sensibles aux défauts qui peuvent les piéger et ainsi faire obstacle à leur manipulation. Des physiciens du Laboratoire Aimé Cotton - LAC (CNRS / Univ. Paris-Sud / ENS Cachan), dans une collaboration avec l’Institut d’Électronique Fondamentale – IEF (CNRS / Univ. Paris-Sud) et le Laboratoire de Physique des Solides – LPS (CNRS / Univ. Paris-Sud), viennent de visualiser le piégeage d’une paroi magnétique dans une piste ferromagnétique d’épaisseur nanométrique grâce à une nouvelle sonde magnétique qu’ils ont développée. Ils ont alors pu dépiéger cette paroi et provoquer son déplacement grâce à l’échauffement local de la piste magnétique par un faisceau laser. Ce travail publié dans la revue Science démontre le potentiel de la microscopie à centre coloré pour étudier des nano-objets magnétiques dans des milieux complexes.

Dans ce travail, les physiciens ont étudié les parois magnétiques dans une piste de matériau ferromagnétique large de 1,5 micromètre et épaisse d’un nanomètre. Ils ont utilisé comme sonde un centre coloré unique situé dans un nanodiamant placé à la pointe d’un microscope à force atomique et positionné à quelques dizaines de nanomètres au-dessus de la surface du film magnétique. L’analyse de la fluorescence du centre coloré lorsqu’elle est excitée par un champ radiofréquence résonant permet de cartographier le magnétisme du film avec une très grande sensibilité en champ magnétique et surtout une très grande résolution spatiale. Les chercheurs ont notamment observé des sauts thermiquement activés d’une paroi magnétique entre deux défauts séparés par une distance de 200 nm. En tirant bénéfice du faisceau laser vert focalisé sur le centre coloré du nanodiamant, les chercheurs ont également démontré la possibilité de contrôler par effet thermique la propagation de la paroi magnétique le long de la piste. De telles mesures permettent de cartographier les sites de piégeage à l’échelle nanométrique.

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Illustration de la technique d’observation et de contrôle d’une paroi magnétique avec un microscope à spin unique représentée par la flèche bleue. La cartographie de champ magnétique est obtenue en mesurant le décalage Zeeman des sous-niveaux de spin électronique d’un centre coloré NV unique dans un nano-diamant place à l’extrémité d’une pointe de microscope à force atomique (AFM). Le faisceau laser permet à la fois de mesurer le champ magnétique et d’attirer la paroi par un effet de chauffage local. Sur l’image magnétique, on peut voir les sauts discrets de la paroi d’un site de piégeage à l’autre, à mesure que la pointe et le laser sont déplacés le long de la piste. (code couleur : blanc indique un champ de 0.7 mT projeté sur l’axe du spin, noir indique 1.5 mT).

En savoir plus

Nanoscale imaging and control of domain wall hopping with a nitrogen-vacancy center microscope
J.-P. Tetienne1,2, T. Hingant1,2, J.-V. Kim3, L. Herrera Diez3, J.-P. Adam3, K. Garcia3, J.-F. Roch1, S. Rohart4, A. Thiaville4, D. Ravelosona3 et V. Jacques1,2, Science, 2014, 344 (6190) : 1366-1369

Contact chercheur

Vincent Jacques, chargé de recherche CNRS

Informations complémentaires

1 Laboratoire Aimé Cotton (LAC)
2 Laboratoire de Photonique Quantique et Moléculaire (LPQM)
3 Institut d’Electronique Fondamentale (IEF)
4 Laboratoire de Physique des Solides (LPS)

Contacts INP

Jean-Michel Courty,
Catherine Dematteis,
Simon Jumel,
inp.com cnrs.fr