Oxydes magnétiques semiconducteurs
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Magnétisme d'une couche d'oxyde magnétique ultra-mince


L’intérêt fondamental du magnétisme d’un oxyde en couche mince réside dans le fait que, théoriquement, l’ordre magnétique de longue portée d’un système isotrope n'existe pas en deux dimensions. En pratique, les systèmes d’études ne sont que très rarement isotropes et présentent normalement un régime transitoire entre le comportement d’une couche magnétique 2D et celui d’un matériau 3D. Par conséquent, il devient intéressant d’étudier l’influence de la surface ou d’une interface sur cet ordre magnétique dans le régime transitoire quand les dimensions sont suffisamment réduites.

 

 
Une monocouche d'atomes magnétiques 2D présente un ordre magnétique de longue portée uniquement en présence d'une anisotropie de surface.
 
Un film magnétique d' épaisseur moyenne présente une compétition entre l'anisotropie de surface et l'anisotropie de forme due au champ dipolaire.


Cette brisure de la symétrie cristalline en surface peut avoir des conséquences très importantes sur les propriétés magnétiques. En effet, comme les liaisons chimiques des atomes de surface sont libres, un ré-arrangement de ces atomes de surface peut réduire considérablement l’énergie libre du cristal. Comme, dans les oxydes, le couplage magnétique se fait par échange indirecte (superéchange) via les atomes d’oxygène, un ré-arrangement de la structure atomique en surface peut engendrer une modification de ce couplage magnétique, et il peut donc en résulter d'importantes modifications des propriétés magnétiques.

Couplage magnétique par super-échange.

Cela nous amène à nous poser les questions suivantes :

/1/ Est-ce que le magnétisme de surface d’une couche mince et/ou ultramince d’oxyde magnétiques se comporte de la même manière qu’une couche métallique ?

Etude: Magnétisme de couche minces d'orthoferrites (page en construction)

/2/ Est-ce qu’il est possible d’observer une augmentation du moment magnétique dû à l'influence de la surface ?

/3/ Est-ce qu’une réduction d’une des dimensions mène aussi à des réorientations des moments magnétiques comme dans le cas de certains systèmes métalliques ? Y-a t’il des anisotropies supplémentaires induites par la basse dimensionalité ?

Etude: Magnétisme de couches minces et ultraminces de Grenat d'Yttrium

Un oxyde magnétiques est généralement constitué d’au moins un type de cation, dans notre cas typiquement de fer mais aussi des cations de terre rare, et de l’oxygène comme anion. La complexité résultant de la structure cristalline permet, sans perte de généralité, de supposer que la structure cristalline à la surface change considérablement par rapport à la symétrie du matériau massif. De plus, ceci peut être accompagné d’une reconstruction de surface importante. Comme l’interaction magnétique entre cations est basée sur le superéchange, dont l’intégrale d’échange et le type de couplage dépendent des distances entre les cations et les anions et de l’angle entre les cations d’une unité cation-anion-cation, on peut raisonnablement estimer qu’un changement de la structure à la surface devrait résulter en un changement des propriétés magnétiques de cette surface.

 

 

 

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