Etude du magnétisme local par analyse du dichroïsme en microscopie électronique en transmission – DICHROMET

Objectifs: Le but de ce projet de recherche est de développer une méthode novatrice de mesure du dichroïsme magnétique. L'originalité réside dans le fait d'utiliser la microscopie électronique en transmission (MET) pour sonder le nanomagnétisme de nouveaux nanomatériaux développés pour la spintronique. Nos objectifs sont d'atteindre des tailles de sonde nanométriques et un rapport signal/bruit permettant une quantification des moments magnétiques et ainsi d'améliorer la méthode récemment proposé par l'équipe de Vienne (P.Schattschneider et al., Nature, 441 (2006) 486). Pour ce faire, nous nous appuierons sur le microscope SACTEM FEI-Tecnai F20, un microscope haute résolution dont l'objectif est corrigé des aberrations sphériques, et sur des calculs de structures électroniques. - - Résultats attendus: Le développement de cette méthode d'analyse au CEMES permettrait d'étudier la structure électronique et magnétique aux interfaces des couches magnétiques dédiées au transport polarisé en spin (composants à effet GMR et TMR). Ces matériaux sont déjà très étudiés au laboratoire par holographie, HREM, EELS et microscopie de Lorentz. Au voisinage des interfaces, les contraintes locales et les éventuelles interdiffusions induisent des changements notables et localisés de la structure cristalline et de la structure électronique des couches. Ces modifications structurales et chimiques induisent une modification locale des propriétés magnétiques (exaltation ou diminution du moment local). Il s'agit dans un premier temps de mesurer les modifications du moment magnétique des atomes. Dans un second temps, cette étude a pour but de comprendre le lien entre les modifications de structure électronique près des interfaces et les caractéristiques de transport dépendant du spin dans les multicouches. - - Méthodologie : La partie expérimentale de cette étude sera réalisée sur le MET très performant du CEMES. Ce microscope électronique est équipé d'un canon à émission de champ, d'un correcteur d'aberration sphérique et d'une chaîne de mesure EELS permettant l'imagerie filtrée. La partie expérimentale sera soutenue par des calculs ab-initio de la structure électronique locale et du dichroïsme circulaire et par l'utilisation de règles de somme spécifiques permettant de quantifier les moments magnétiques. - Une première étape consistera à finaliser la méthode expérimentale et continuer à la valider sur des échantillons magnétiques modèles massifs, en comparant ses résultats à ceux obtenus par des mesures de dichroïsme magnétique de rayons X (XMCD). Dans une seconde étape, les mesures seront effectuées sur des multicouches magnétiques avec une résolution de quelques nanomètres. Toutes ces mesures seront analysées par comparaison avec des calculs ab-initio de la structure électronique locale et du dichroïsme circulaire (calcul de la structure fine des raies L2 et L3 des atomes de fer, cobalt, nickel dans les métaux et les oxydes). - ...