Propriétés magnétiques de films minces ferromagnétiques sous contraintes mécaniques externes. Etude in-situ des ondes de spin par diffusion Brillouin. – SpinStress

Les couches minces magnétiques peuvent avoir des propriétés très différentes de celles des matériaux massifs. La compréhension des propriétés de ces systèmes nécessite une caractérisation précise de leur structure et de leur morphologie afin d'évaluer les effets dus aux contraintes mécaniques et aux dimensions réduites. Afin d’étudier finement les propriétés élastiques de films minces, nous développons des tests mécaniques couplés à la diffraction, méthode encore peu exploitée pour l’étude de tels systèmes. Son principe consiste à appliquer une contrainte connue au film mince pendant que les déformations intra-granulaires sont mesurées in-situ par diffraction des rayons X. Dans le cas d’échantillons magnétostrictifs tels que le Nickel, lorsqu’un film est soumis à une déformation élastique, sa direction d’aimantation spontanée peut varier, il s’agit de la magnétostriction inverse. Dans la plupart des études réalisées jusqu’à maintenant, le réseau cristallin d’une couche magnétique est déformé lors de son élaboration (contrainte thermique ou d’épitaxie). Ces déformations étant directement reliées aux paramètres structuraux (texture, épaisseur), il est difficile de distinguer la contribution de la déformation seule à l’anisotropie magnétique. Nous développons actuellement au LPMTM une méthode tout à fait originale : combiner in-situ des tests de traction de films minces à la diffusion Brillouin sous champ magnétique. A l’aide d’une micro-machine de traction, il est possible de connaître l’état de contrainte appliquée dans une couche mince. En diffusion Brillouin, nous analysons aussi bien les ondes de spin, pour déduire les caractéristiques magnétiques des couches minces étudiées (unique au niveau national), que les ondes acoustiques pour déduire leurs caractéristiques élastiques.
Ce projet multi-physique original porte sur un développement du couplage de tests mécaniques à des mesures physiques telles que la diffraction des rayons X et la diffusion Brillouin. Il a pour objectif l’analyse simultanée des propriétés élastiques et magnétiques de couches minces magnétiques déposées sur substrat souple (Kapton), ainsi que de l’effet de leurs tailles (épaisseurs) nanométriques sur ces propriétés. Il se base sur un développement méthodologique novateur sur des équipements propres au LPMTM (diffractomètres X, diffusion Brillouin) en vue de mener des études fines visant à mettre en évidence les relations, sous contrainte imposée, entre la microstructure des films minces, leurs propriétés mécaniques, magnétiques et le couplage magnéto-élastique.