Propriétés magnétostatiques et résonance ferromagnétique de réseaux de nanofils en configuration multicouche

Des réseaux de nanofils ferromagnétiques multicouches ont été synthétisés afin d'en étudier les propriétés magnétiques statiques et dynamiques. Les réseaux consistent en des membranes poreuses d'alumine (Al2O3) dans lesquelles sont agencés verticalement des nanofils constitués d'alternances de couches de Co94Fe5B1 et de Cu. Les objectifs de cette étude sont de maîtriser la fabrication de ces réseaux, d'en explorer les propriétés magnétiques statiques et dynamiques, de développer un modèle expliquant leur anisotropie magnétique, et enfin de démontrer expérimentalement la faisabilité de réseaux de nanofils magnétiquement isotropes. Les nanofils multicouches de CoFeB/Cu sont obtenus par électrodéposition à tension pulsée dans des matrices d'alumine. Le diamètre des nanofils est d'environ 45 nm et la distance inter-fil d'environ 110 nm. Deux configurations de nanofils ont été étudiées: la première consiste en l'alternance régulière de couches de CoFeB et Cu, la deuxième consiste en l'alternance de tricouches CoFeB/Cu/CoFeB séparées par d'épaisses couches de Cu. Les nanofils multicouches ont été caractérisés structurellement par microscopie électronique à balayage (MEB) et par microscopie électronique en transmission (MET). Ces mesures ont confirmé la difficulté de caractériser avec précision l'épaisseur des couches ferromagnétiques. Nous avons aussi pu observer une structure polycristalline dans les couches de CoFeB. Nous avons par la suite développé un modèle de champ d'anisotropie effective prenant en compte les interactions dipolaires entre les couches ferromagnétiques et l'anisotropie de forme des couches. Nous avons généralisé un modèle existant pour les configurations bicouches et l'avons adapté à la configuration tricouches. Cela a permis notamment de considérer des aimantations adjacentes libres au sein d'une tricouche et d'atteindre un plus grand degré de liberté

Abstract

Arrays of multilayer nanowires have been synthesized to study their static and dynamic magnetic properties. The nanowires are columns of alternating Co94Fe5B1 and Cu layers grown in a porous alumina membrane. The objectives of this study are to control the fabrication of these arrays, to explore their magnetic properties by static and ferromagnetic resonance measurements, to develop a model which explains the behavior of the magnetic anisotropy, and to demonstrate that we can synthesize magnetically isotropic nanowire arrays. The CoFeB/Cu multilayer nanowires are grown in a porous alumina matrix by pulsed electrodeposition. Their length is several tens of micrometers, their diameter is about 45 nm and the interwire length is around 110 nm. Two types of configuration have been studied: one consisting of a periodic CoFeB/Cu bilayer stacking, the other of CoFeB/Cu/CoFeB trilayers, separated by thick Cu layers between trilayers. The structure of the nanowires has been characterized by scanning electrons microscopy (SEM) and by transmission electrons microscopy (TEM). These measurements showed that it is difficult to distinguish and measure the thickness of the different layers. We also observed that the CoFeB layers have a polycrystalline structure. We present an effective anisotropy field model taking into account dipolar interactions between all the ferromagnetic layers as well as the shape anisotropy of the layers. We have generalized an existing model based on the bilayer configuration and have adapted it to the trilayer structure. A novelty of this model was to explicitly highlight the internal dipolar interaction between adjacent layers within a trilayer which makes it possible to tune the effective anisotropy of the arrays. With this model in hand we were able to study the behavior and sensitivity of the effective field to different geometric parameters of the nanowire arrays.