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Liste des séminaires 2003 :

Bénédicte Vertruyen

Yuriy L. Raikher

Robert Stamps

Manuel BIBES

Niels KELLER

Yves DUMONT (2)

 
 

 


Liste des séminaires de 2003

Les films de grenats ferrimagnétiques :
application à l’étude des supraconducteurs par imagerie magnéto-optique

Bénédicte Vertruyen du Laboratory of Structural Inorganic Chemistry -University of Liege
Mercredi 17/12/03 à 14h30 L'effet Faraday des grenats de fer tels que Y3-xBixFe5O12 est à l'origine d'une technique d’imagerie des domaines magnétiques. Le "détecteur magnéto-optique" est constitué d’une couche de grenat ferrimagnétique déposée sur un substrat de grenat transparent et non magnétique. La répartition de l’aimantation dans la couche magnétique traduit fidèlement la répartition du champ magnétique auquel elle est soumise. En plaçant ce film magnéto-optique sur un échantillon il est donc possible de visualiser la répartition du flux d'induction magnétique en surface de ce même échantillon.
Cette technique est particulièrement intéressante dans le cadre de l'étude des matériaux supraconducteurs. En effet, l'information locale sur la répartition du flux d'induction magnétique dans le supraconducteur permet de tester les modèles théoriques de distribution de courant ou de piégeage des vortex. Par ailleurs cette méthode permet également de détecter les défauts présents dans le matériau (cracks,…), qui correspondent aux zones de pénétration préférentielle du flux magnétique.
Plan de l'exposé : Introduction – Différents types de films utilisés – Dispositif expérimental – Application à l'étude d'un supraconducteur YBa2Cu3O7 – Conclusion.

Elaboration, caractérisation, et propriétés optiques d'agrégats métalliques de forme anisotrope dispersés en matrice diélectrique

Sophie CAMELIO du laboratoire de Métallurgie Physique del'Université de Poitiers
Lundi 01 décembre 2003 à 14h
Les matériaux composés de particules métalliques de taille nanométrique dispersées dans une matrice diélectrique présentent des propriétés spécifiques que l'on peut mettre à profit dans le domaine de l'optique et du magnétisme.
Au niveau de l'optique, ces nanocomposites sont caractérisés par la présence d'une résonance plasmon de surface qui se manifeste sous la forme d'une bande d'absorption et dont la largeur et la position spectrale dépendent des propriétés physico-chimiques du matériau: des propriétés optiques du métal et de la matrice, de la taille et de la forme des agrégats.
Nous élaborons nos échantillons par la technique de double faisceau d'ions (DIBS) soit par co-pulvérisation du métal (Ag, Cu, ...) et de la matrice diélectrique (Si3N4, BN, Y2O3, ...), soit par pulvérisation séquentielle des différents matériaux. Le dépôt est réalisé sur silice, wafers de silicium et grilles de microscopie.
A partir d'une mesure de transmission optique, le décalage spectral de la position de la bande d'absorption obtenu par rapport à la position attendue (donnée par le modèle de milieu effectif de Maxwell Garnett) est relié à la morphologie des agrégats (forme, taille et auto-organisation) caractérisée par des techniques couramment utilisées dans le domaine: diffusion centrale des rayons X en incidence rasante (GISAXS), microscopie électronique en transmission haute résolution (coupes plane et transverse), EXAFS et AFM.

Intrinsic magnetic resonance in single-domain nanoparticles
Yuriy L. Raikher Institute of Continuous Media Mechanics, Ural Division of RAS,
Perm, 614013, Russia
mardi 21 octobre à 14h en salle 3102
Being excited in the absence of an external magnetizing field, intrinsic ferromagnetic resonance is a sensitive tool to probe the internal magnetic organization of a spin-ordered substance. Another remarkable feature of the resonance is the essential dependence of its frequency on the aperture angle of the Larmor precession cone: ?r = ?0 cos ß. These properties pre-determine interesting specifics of intrinsic FMR in superparamagnetic particles.
Due to thermal fluctuations the magnetic moment undergoes random jumps in all directions, which causes it to loose both the phase (keeping orbit the same) and the orbit (keeping phase the same) dynamic memory. These two relaxation processes in terms of observable quantities lead to uniform and non-uniform widening of the resonance absorption line. Moreover, if for a uniform widening the presence of a seeding damping constant is obligatory, the non-uniform widening may well occur in the absence of single-ion damping just due to the spread of the resonance frequencies.
The said effects are investigated using a combination of the Kubo theorem and numeric calculations. In the case of very low FMR damping an intermediate asymptotics imparting virtual constancy to the temperature behavior of the linewidth is found. For the particles with a surface, not bulk, magnetic anisotropy a paradoxical effect is found: under the growth of the polydispersity of the assembly the intrinsic FMR line becomes narrower. In result, the theory predicts qualitatively different behavior for the linewidth of intrinsic FMR depending on whether the particles are dominated by the bulk or surface anisotropy. This difference should manifest itself in experiment thus providing an unambiguous test on the nanoparticle anisotropy properties.

Five Orders of Dynamics: Spin Processes at 10-6 to 10-10 meters

Robert Stamps -School of Physics, University of Western Australia
.Vendredi 17 octobre à 10h
Abstract:Different types of dynamics associated with magnetization and magnetization processes are discussed in terms of recent experiments and analysis performed in our group. On length scales of micrometers, the dynamics of domain nucleation and growth driven by thermal fluctuations are described. A method for using short pulses of magnetic fields to determine a range of activation energies is presented, and consequences for domain pattern formation are illustrated. A theory for magnetization reversal via domain wall dynamics is presented for magneticwires. In this theory, analytic results for reversal rates limited by interface effects in heterogeneous wires are obtained. Modifications to the attempt frequency due to inhomogeneities are highlighted. Finally,results from calculations of spin waves in noncollinear magnetic bilayers are presented. Also, theory and experiment for spin excitations studied using pulse field microwave magnetometry on thin film structures is briefly described.

OXYDES MAGNETIQUE POUR L’ELECTRONIQUE DE SPIN :
MATERIAUX ET DISPOSITIFS
Manuel BIBES (Unité Mixte de Physique CNRS-Thales)
Lundi 26 /05
Contrairement aux métaux ferromagnétiques de transition pour lesquels la polarisation de spin ne dépasse pas 50%, certains oxydes présentent une polarisation totale de leur densité d’états au niveau de Fermi. Parmi ces matériaux demi-métalliques, on compte les manganites à valence mixte comme le La2/3Sr1/3MnO3 ou les doubles pérovskites comme Sr2FeMoO6. Cette forte polarisation peut être exploitée dans des dispositifs d’électronique de spin comme les jonctions tunnel. En effet, l’amplitude de l’effet de magnétorésistance tunnel (TMR) est d’autant plus forte que la polarisation de spin P est élevée.
Durant cet exposé, nous présenterons des résultats de magnétorésistance tunnel obtenus sur des jonctions à base de La2/3Sr1/3MnO3 (LSMO) et intégrant divers isolants comme barrière tunnel (SrTiO3 [STO], TiO2). A basse température, une magnétorésistance de plus de 1800% est obtenue sur des jonctions LSMO/STO/LSMO, ce qui correspond à une polarisation de spin de plus de 95%. Nous verrons que la dépendance de cette magnétorésistance en fonction de la tension appliquée présente une forme très particulière à partir de laquelle il est possible d’obtenir des informations quantitatives sur la densité d’états au dessus de Fermi. Avec des barrières de TiO2 (anatase), une magnétorésistance de 180% est obtenue à basse température, à partir de laquelle on déduit une polarisation de spin de l’interface LSMO/TiO2 de 70%. Nous discuterons l’origine possible de cette différence par rapport aux interfaces LSMO/STO. Nous avons également étudié la dépendance en température de la TMR et nous en avons déduit celle de la polarisation de spin du LSMO, à l’interface avec le STO et le TiO2. Ces deux quantités (PLSMO/STO et PLSMO/TiO2) décroissent avec la température de façon très semblable, mais beaucoup moins vite que la polarisation de spin d’une surface libre de LSMO. Cela souligne l’importance de la continuité du réseau d’ions oxygène, qui subsiste au niveau des interfaces mais pas dans le cas d’une surface, pour conserver des propriétés magnétiques correctes.
Pour la double pérovskite Sr2FeMoO6, un caractère demi-métallique a également été prédit par des calculs de structure électronique. Malheureusement, les couches minces de ce matériau présentent souvent de nombreux défauts et des surfaces rugueuses qui rendent impossible leur intégration dans des jonctions tunnel microniques définies par lithographie optique conventionnelle. Nous avons contourné cette difficulté en élaborant des jonctions nanométriques grâce à une méthode de nanoindentation contrôlée en résistance. Les premiers résultats de transport tunnel obtenus sur des nanojonctions Sr2FeMoO6/STO/Co indique que Sr2FeMoO6 présente une polarisation aussi forte que celle du LSMO et que ce composé est également un demi-métal.
Les futurs développement en électronique concernent la mise au point de nouvelles sources de courant fortement polarisé ainsi que l’injection d’un tel courant dans des structures semi-conductrices. Dans cet objectif nous travaillons actuellement à la mise au point de matériaux isolants ferromagnétiques qui, une fois intégré comme barrières dans des jonctions tunnel, auront pour rôle de filtrer en fonction de leur spin un courant non polarisé en provenance d’un métal normal comme l’Au. Deux familles de composé sont à l’étude : les pérovskites avec le système LaxBi1-xMnO3 et les spinelles avec NiFe2O4. Nous présenterons des résultats préliminaire sur la croissance de couches minces de ces deux matériaux.

ANISOTROPIE MAGNETIQUE ET COUPLAGE D'ECHANGE DANS DES FILMS MINCES EPITAXIES DE GRENAT D'YTTRIUM
Niels KELLER -LMOV
Lundi 05 /05
Le grenat d'Yttrium (Y3Fe5O12 or YIG) est le prototype du matériau magnétique d'oxyde qui a été intensivement étudié dans le passé.
Dans la présente étude, une approche pour étudier l'influence de la réduction de l'épaisseur sur les propriétés magnétiques de films minces et ultraminces du YIG épitaxié sur des substrats de YAG selon les directions (111) et (110) sera présentée. Cette croissance épitaxiale a été obtenu malgré le grand désaccord de paramètres de maille de 3%. Ces couches montrent une présence de deux contributions magnétiques, détectées par résonance ferromagnétique. L'une des deux contributions, celle magnétiquement "dure", peut être attribuée à la zone interfaciale entre le substrat et le YIG avec une épaisseur approximative d'environ 150 Å à 200 Å. La deuxième contribution correspond à celle du YIG "massif" déposée au-dessus de la couche interfaciale. L'étude angulaire et en fonction de l'épaisseur de la résonance ferromagnétique sur ces couches montre que ces deux régions dans le film sont couplées. Le cycle d'hystérésis présente déjà à température ambiante une forme de type "taille de guêpe" indiquant un couplage entre deux phases magnétiques. Ce couplage des deux phases mène à un déplacement du cycle d'hystérésis à basse température. La valeur du champ de déplacement n'est pas très élevée, mais clairement visible Hex ~ 20 Oe. En plus pour les deux orientations du substrat (110) et (111), on observe que ce champ d'échange ne varie pas de la même façon avec l'augmentation de l'épaisseur du film.
L'origine cristalline de ces deux phases peut être identifiée par étude de la composition chimique en profondeur, la profilométrie SIMS (secondary ion mass spectroscopy), et par microscopie électronique en transmission. La TEM démontre outre la croissance épitaxiale, la présence d'une croissance colonnaire de très bonne qualité cristalline. L'introduction d'une couche tampon GGG permet de relaxer fortement des contraintes dans le film.
Cette introduction de la couche tampon permettra dans la suite d'étudier réellement, ce qui change pour les propriétés magnétiques d'une maille élémentaire du ferrite Y3Fe5O12.

Magnétisme intrinsèque de l’orthoferrite d’Yttrium YFeO3 : complémentarité « films minces » et « massif »

Yves DUMONT -LMOV/LPSC
Lundi 28 /04
Des mesures de cycle d’hystérésis en magnéto-optique sur films minces polycristallins d’orthoferrite d’yttrium YFeO3, présentent deux aspects étonnants : la forme du cycle est complexe (comme superposition de deux contributions magnétiques « douce » et « dure ») et celui s’annule pour des températures comprises entre 450 K et 550 K. Ce dernier phénomène ne peut pas être dû à un effet de compensation sinon le signe de l’aimantation résultante changerait au dessus de 550 K. Est-il relié à une réorientation spontanée de spin comme elle existe dans les orthoferrites de terre rare ? La question est ouverte du fait que Y3+ est non magnétique et, de fait, peu de mesures précises existent sur YFeO3 même massif.
C’est pourquoi des mesures magnétiques (SQUID, VSM) et de diffraction neutronique sur la ligne D1B à haut flux de l’Institut Laue Langevin en fonction de la température entre 300K et 900K ont été effectuées une poudre polycristalline de YFeO3 monophasée (avec moins de 1% d’impuretés de YIG). L’analyse structurale nucléaire et magnétique montre l’absence de changement de symétrie cristalline (groupe d’espace Pbnm) et magnétique (Gz(Fx) pour les moments des fer). Néanmoins, de la magnétostriction est observée dans la gamme de température [450 K, 550 K]. Les mesures magnétiques en température montrent des cycles d’hystérésis complexes comme les films minces et une aimantation à saturation qui décroît en dessous de 100 K.
Ces résultats seront comparés et discutés en termes de conséquences sur le magnétisme intrinsèque de YFeO3.

Du transport dans les cuprates supraconducteurs à haute température critique à celui dans les oxydes
semi-conducteurs magnétiques

Yves DUMONT LMOV/LPSC
Mardi 22 /04Ce séminaire se décomposera en trois parties :
1) On montrera que le transport électrique à haute température (jusqu'à 1000K) dans les matériaux oxydes cuprates à haute température critique a permis de mettre en évidence des phénomènes d'ordre/désordre des oxygènes dans ces composés conducteurs bidimensionnels. De plus, on expliquera comment la mesure du coefficient Seebeck permet de remonter au dopage en trous dans les plans CuO2, paramètre primordial dans ces matériaux.
2) Il sera présenté les mesures magnétiques et magnéto-optiques ainsi que les premiers essais de mesures de résistivité en fonction de la température sur des films minces de grenat d'yttrium et de fer Y3Fe5O12 (ou YIG), dont on a fait varier la stoechiometrie en oxygène. Alors que le magnétisme est amplifié par modification du super-échange ou par dopage, qu'en est-il du transport électronique dans ces matériaux oxydes magnétiques à grand gap ? Notamment dans le contexte actuel de matériaux candidats à l'électronique polarisée en spin.
3) Enfin on verra, dans ce cadre, les réponses que pourraient apporter des mesures de transport à Haute Température et Haute Impédance (de fait) pour cette famille de matériaux ainsi que pour celle des DMS (Diluted Magnetic Semi-conductors) comme le ZnO substitué à un élément de transition comme Zn, Co, ou Ni

Polarisation d’échange dans les systèmes NiFe2O4 / NiO
Béatrice Negulescu - LMOV
Mardi 18/03
La polarisation d’échange est un phénomène relié au couplage entre un ferromagnétique et un antiferromagnétique. Suite à l’apparition d’une anisotropie unidirectionnelle dans le système, des cycles d’hystérésis déplacés sur l’axe des champs sont généralement obtenus.Le couplage d’échange a été mis en évidence dans les bicouches NiFe2O4/NiO, déposées par PLD. Les propriétés magnétiques caractéristiques pour ce type de couplage ont été observées et analysées dans ce système. L’observation d’une polarisation d’échange dans les monocouches de NiFe2O4 est inattendue et semble être reliée à une mauvaise formation du matériau

Propriétés photophysiques des réseaux tridimensionnels basés sur des complexes métalliques tris-oxalates

Andreas Hauser (Université de Genève)
Lundi 10/03
Les réseaux tridimensionnels de composition [MII(bpy)3][MIMIII(ox)3] (bpy = 2,2'-bipyridine, ox = oxalate) et [MIII(bpy)3][MIMIII(ox)3]ClO4 permettent la combinaison de toute une série d'ions métalliques différents dans une structure cristalline bien définie. Déjà les deux composantes, [M(bpy)3]n+ und [M(ox)3]m-, de cette structure sont parmi les complexes les plus étudiés en ce qui concerne leurs propriétés photophysiques. Leur combinaison dans les réseaux tridimensionnels permet l'étude de phénomènes photophysiques comme le transfert d'énergie et le transfert d'électron induit pas la lumière, mais également l'étude de phénomènes magnétiques comme la transition d'état de spin et l'ordre magnétique. Dans l'exposé les différents mécanismes d'interaction responsable pour les processus transfert d'énergie seront discutés.

 

 

 

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