Cette thèse en cotutelle entre l'Université Joseph Fourier à Grenoble et l'Université Nationale du Vietnam à Hanoi traite de l'étude des propriétés magnétiques et électriques de structures basées sur GdCo et sur des multicouches Fe/Cr. GdCo est un alliage ferrimagnétique dont la composition peut être choisie afin d'obtenir la compensation, c'est à dire une aimantation nette nulle, à une température de compensation inférieure à la température de Curie. Les films ont été déposés par la technique de pulvérisation cathodique magnétron. Ils sont amorphes et possèdent une anisotropie perpendiculaire induite par la croissance. Proche de la température de compensation, l'aimantation spontanée est perpendiculaire et l'imagerie par effet Kerr polaire ainsi que l'effet Hall extraordinaire ont été largement utilisés pour étudier les films dans la gamme (4-300 K) et de 0 à 6 Tesla. Un gradient de composition dans le plan peut être induit et a entrainé l'étude d'une paroi de compensation d'aimantation nulle. Les contributions de Gd et Co à l'effet Hall extraordinaire ont été déterminées. Proche de la compensation, l'effet Hall à haut champ permet d'accéder au régime de spin flop. Des multicouches GdCo/Cu/NiFe pour lesquelles GdCo est à anisotropie perpendiculaire et NiFe à anisotropie planaire ont été élaborées. Elles présentent de la magnétorésistance géante (GMR) dont la valeur ne dépend pas de l'angle entre les aimantations nettes desdeux couches magnétiques. <br /> L'étude de la GMR des multicouches Fe/Cr traite de la contribution des interfaces au mécanisme GMR. En variant l'épaisseur du fer et en recuisant les multicouches, il est possible d'accéder aux contributions d'interface.

Les développements récents des nanotechnologies ont permis d’accéder à des dimensions qui permettent d’’étudier les spins des électrons. Ceci ouvre la voie à l’utilisation du degré de liberté du spin des électrons dans des dispositifs électroniques de nouvelle génération. C’est l’origine d’un nouveau domaine de recherche prometteur baptisé spintronique.Dans ce travail, on présente des expériences dans le domaine de la spintronique en utilisant deux matériaux très prometteurs : les nanotubes de carbone (CNT) et le palladiumnickel (PdNi), un ferromagnet versatile dans le but de manipuler le spin électronique dans les deux régimes, classiques et quantiques. Une compréhension détaillée des caractéristiques magnétiques de PdxNi 100-x devient cruciale à la fois pour comprendre les caractéristiques de basculement d’un tel dispositif mais aussi pour optimiser ses propriétés électroniques.Une étude sur des structures micrométrique et nanométrique en PdNi a été menée grâce à des mesures de l’effet Hall extraordinaires (EHE sur des croix lithographiées). Les analyses montrent que la géométrie, l’épaisseur, la composition chimique ainsi que la couche de recouvrement, ont tous une influence sur l’aimantation des électrodes de PdNi, en particulier celles de taille nanométrique. Cela est dû à la relaxation des contraintes sur les bords qui devient important pour les dispositifs de petites dimensions.On met en place un point quantique connecté `a deux contacts ferromagnétiques non colinéaires (source et drain), évaporées sur le CNT; le nanotube est connecté à une tension de grille pendant qu’une source de tension source-drain est utilisée pour varier le potentiel chimiques des ferromagnets. Les électrodes sont conçues pour former un angle téta = Pi/2. On attend alors un comportement similaire à celui d’une vanne de spin, donc un effet fini de magnétorésistance à effet tunnel est à prévoir.Des mesures de transport de spin ont révélé un régime de blocage de Coulomb, confirmé par la spectroscopie de transport. Les régimes linéaires et non-linéaires ont été également testés.En régime linéaire, les résultats montrent un signal de TMR lorsqu’il est placé dans un champ qui est balayé, un comportement typique pour un dispositif vanne de spin. Dans le régime non linéaire, ont été obtenues des variations du signal d’hystérésis lorsque la polarisation change de signe. De plus, la TMR affiche un comportement presque antisymétrique avec la conductance. Les mesures réalisées pour différentes valeurs de la tension grille et celle source drain prouvent la non trivialité de ce comportement. Cette variation antisymétrique, qui a la même symétrie que le courant, indique un courant de spin induite par un phénomène de précession. Des simulations théoriques appuient également cette hypothèse: une combinaison de phénomènes d’accumulation de spin (induite par la polarisation en spin du courant) et des phénomènes de relaxation de spin (qui agissent contre la première catégorie) déterminent une précession du spin lors de son passage dans le nanotube. / Recent developments in the field of nanotechnology allowed the access to adequate length scale necesary to closely investigate spins and opened large prospects of using electrons spin degree of freedom in new generation electronic devices. This have lead to the development of a vibrant field dubbed spintronics.Here, we present experiments that combine two very promising materials: namely cardon nanotubes and palladium-nickel (PdNi), with the purpose to manipulate the electronic spin both in the classical and in the quantum regime. We implement a quantum dot connected to two non-collinear ferromagnetic leads that acts as a spin-valve device. The versatility of carbon nanotubes to fabricate quantum dots when connected to PdNi electrodes via tunneling barriers is combined with the particular transversal anisotropy of the PdNi when shaped in nanometric stripes.For devices exploiting actively the electronic spin, however control over classical or quantum spin rotations has still to be achieved. A detailed understanding of the magnetic characteristics of PdxNi 100-x alloy is crucial both for understanding the switching characteristics of such the spin-valve device and for optimizing its electronic properties. We present a magnetic study of Pd20Ni80 and Pd90Ni10 nanostripes by means of extraordinary Hall effect measurements, at low temperature, for various dimensions, thicknesses and capping films. In the case of Pd20Ni80, this experiment is a first at low temperature.The CNT-based device proposed here was tested both in linear and nonlinear transportregimes. While the linear spin dependent transport displays the usual signatures of electronicconfinement, the finite bias magnetoresistance displays an impressive magnetoresistance antisymmetric reversal in contrast with the linear regime. This effect can only be understood if electronic interactions are considered. It is accompanied by a linear dispersion of the zeromagnetoresistance point in the bias-field plane. Simulations based on a proposed model confirm a current induced spin precession, electrically tunable due to the quantum nature ofthe device.

Recent developments in the field of nanotechnology allowed the access to adequate length scale necesary to closely investigate spins and opened large prospects of using electrons spin degree of freedom in new generation electronic devices. This have lead to the development of a vibrant field dubbed spintronics.Here, we present experiments that combine two very promising materials: namely cardon nanotubes and palladium-nickel (PdNi), with the purpose to manipulate the electronic spin both in the classical and in the quantum regime. We implement a quantum dot connected to two non-collinear ferromagnetic leads that acts as a spin-valve device. The versatility of carbon nanotubes to fabricate quantum dots when connected to PdNi electrodes via tunneling barriers is combined with the particular transversal anisotropy of the PdNi when shaped in nanometric stripes.For devices exploiting actively the electronic spin, however control over classical or quantum spin rotations has still to be achieved. A detailed understanding of the magnetic characteristics of PdxNi 100-x alloy is crucial both for understanding the switching characteristics of such the spin-valve device and for optimizing its electronic properties. We present a magnetic study of Pd20Ni80 and Pd90Ni10 nanostripes by means of extraordinary Hall effect measurements, at low temperature, for various dimensions, thicknesses and capping films. In the case of Pd20Ni80, this experiment is a first at low temperature.The CNT-based device proposed here was tested both in linear and nonlinear transportregimes. While the linear spin dependent transport displays the usual signatures of electronicconfinement, the finite bias magnetoresistance displays an impressive magnetoresistance antisymmetric reversal in contrast with the linear regime. This effect can only be understood if electronic interactions are considered. It is accompanied by a linear dispersion of the zeromagnetoresistance point in the bias-field plane. Simulations based on a proposed model confirm a current induced spin precession, electrically tunable due to the quantum nature ofthe device.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Granular magnetic systems can be composed by magnetic particles or clusters with size of some nanometers. These magnetic nanoparticles present different magnetic order phases, as superparamagnetic, and they can be embedded in both, metallic or insulating matrix. These systems present several phenomena such as the giant magnetoresistance (GMR), extraordinary Hall effect (EHE), tunnel magnetoresistance (TMR) and Coulomb blockade. That phenomena use to disappear when a small termal fluctuation is high enough to reverse the magnetization of the clusters leading the lost the magnetic information in a very short time range. When it occurs, the particles are in superparamagnetic phase. In order to maintain the magnetic information at high values of temperature, or even to suppress the superparamagnetic limit, many works have tried to use an antiferromagnetic matrix, to induce the increase of the energy barrier among the two easy directions of magnetization by the exchange coupling in the grain(FM)/matrix(AFM) interfaces, with the purpose of stabilizing the particles magnetization. In this work, we have produced Co granular samples embedded in SiO2/CoO insulating/antifferomagnetic matrix through a sequential deposition by magnetron sputtering, in order to study the exchange bias of Co grains laterally surrounded by CoO.Were perfomed measurements of transmission eletronic microscopy (TEM), x-ray diffraction (XRD), measures low fields thermomagnetics (ZFC-FC), to obtain answers of the structural and magnétic charater of the samples. The Exchange Bias were investigated by extraordinary Hall effect, meauresments in differents temperature values in a cooling field (FC) of 5kOe. These non conventional measurements, are carried out with field cooling and the applied external field to perfomed the loop hysteresis both with perpendicular direction to the substrate. The effective anistropy, changes the magnitude up to three ordes of magnitude for different thicknesses of CoO in the limit T!0. On the other hand, the HEB linearily decreases, and goes to zero at a certain temperature. This temperature, is approximately, equal to that where the split of ZFC-FC curves occurs. This split is associated with the CoO blocking temperature, i.e. the ordering temperature of CoO. These results are reported from the finite size effect present in thin films. For the specific case of CoO, these effects lead to a nonzero net magnetization coming from uncompensed moments present on the surface that, in some cases, are responsible for the magnetic coupling governed by a local disorder and frustration, a spin-glass-like behavior. The extraodinary Hall effect and giant magnetoresistance were study of thin Fe-rich amorphous films and Fe-rich/Cu multilayers. Were investigated and compared the extraordinary Hall effect in these two types of samples and discussed it in terms of thickness and sample structure. The thicker films exhibited a strong in-plane magnetic anisotropy, and by decreasing film thickness both saturated Hall resistivity and Hall sensitivity increase. Electrical conductance increases and Hall resistivity decreases when the films are sandwiched with Cu. / Sistemas granulares magnéticos podem ser formados por grãos ou aglomerados magnéticos cujo tamanho é de alguns nanômetros. Estes grãos magnéticos apresentam diferentes fases de ordenamento magnético, como o superparamagnetismo, e podem estar envolvidos tanto por matrizes metálicas como matrizes isolantes. Estes sistemas possuem uma riqueza de fenômenos, como a magnetorresitência gigante (GMR), Efeito Hall Extraordinário (EHE), magnetorresistência túnel (TMR), bloqueio de coulomb entre outros. Estes fenômenos muitas vezes desaparecem quando à energia térmica for suficiente para inverter a magnetização dos grãos, levando-os a perder informação magnética num intervalo de tempo muito curto. Quando isto ocorre dizemos que os grãos estão na fase superparamagnética. Para reter a informação magnética a temperatura ambiente, ou até mesmo suprimir o superparamagnetismo, tem-se tentado o uso de uma matriz antiferromagnética (AFM) onde os grãos ficam imersos, e o acoplamento de troca na interface grão (FM)/matriz (AFM) pode induzir um aumento na barreira de energia entre as duas direções de fácil magnetização e com isso estabilizar a magnetização dos grãos. Neste trabalho foram produzidas amostras granulares de Co imersos em matriz isolante/antiferromagnética de SiO2/CoO pela deposição alternada do metal e dos isolantes por magnetron sputtering , com a finalidade de estudar a evolução do exchange bias entre os grãos de Co que estão lateralmente envolvidos por CoO. Foram realizadas medidas de Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM), Difração de raios-X (XRD), medidas termomagnéticas a baixos campos (ZFC-FC), para obter respostas quanto ao caráter estrutural e magnético das amostras. O Exchange bias foi investigado por efeito Hall extraordinário, medidas à diferentes temperaturas sob um campo de resfriamento (FC) de 5kOe. Estas medidas, diferente do convencional, são realizadas com o campo de resfriamento e o campo externo aplicado para realizar a curva de magnetização ambas na direção perpendicular ao substrato. A anisotropia efetiva, varia, na sua magnitude, até três ordens de grandeza para diferentes espessuras de CoO para o limite T !0. Por outro lado, o HEB decresce linearmente, até ir à zero numa dada temperatura. Esta temperatura onde extingue-se o HEB é, aproxiamdamente, a mesma onde ocorre à separação das curvas ZFC-FC. Esta separação nas curvas está associado com a temperatura de bloqueio de CoO, ou seja, temperatura de ordenamento dos grãos de CoO responsáveis pelo acoplamento direto com os grãos de Co. Estes resultados reportados são oriúndos dos efeitos de tamanho de grão, presentes em filmes muitos finos. Para o caso específico do CoO, estes efeitos levam há presença de uma magnetização diferente de zero oriúndos dos momentos não compensados presentes na superfície que, para alguns casos, são responsáveis pelo acoplamento magnético governado por uma desordem local e frustação, um compotamento do tipo spin-glass-like . Efeito Hall extraordinário e magnetorresistência gigante foram estudados em filmes finos amorfos de FINEMET e multicamdas FINEMET/Cu. Foi investigado e comparado o efetio Hall nos dois tipos de amostras, e discutido em termos da espessura e estrutura da amostra. Para os filmes mais espessos foi observado uma forte anisotropia no plano do filme, por outro lado, quando a espessura diminui ambos, a resistividade Hall satura e a sensibilidade Hall aumenta considerável. A condutividade elétrica aumenta e a resistividade Hall diminui para as multicamadas FINEMET/Cu.

Dans le domaine des couches minces (épaisseur~Å) associant un métal magnétique (Fe, Co, Ni) et un élément non magnétique (essentiellement métallique ou isolant), de remarquables propriétés physiques (aimantation, transport) nécessitent des caractérisations structurales fines. En particulier, citons le cas de jonctions tunnel (métal/isolant/métal) à aimantation perpendiculaire qui sont en cours d'étude au laboratoire Spintec (UMR8191 (CEA/CNRS/UJF). Ces nanomatériaux sont déposés par voie physique (pulvérisation cathodique) au sein de ce laboratoire. Ces nanostructures sont également sondées par diffraction aux rayons X au sein de l'Institut Néel (UPR 2940) via une collaboration entre Spintec et une équipe de cet Institut (Surface, interfaces et nanostructures du Département MCMF, Matière Condensée, Matériaux, et Fonctions). Ces mesures de réflectivité X constituent la sonde privilégiée de choix dans la cadre de cette thèse. D'autres voies sont également exploitées: à l'aide des moyens de rayonnement synchrotron tels que la spectroscopie d'absorption de rayons X : EXAFS, XANES et XMCD. La thèse aura pour but d'étudier expérimentalement ces phénomènes en couches continues sur ces empilements à jonction tunnel avec aimantation perpendiculaire. Plus précisément, le travail de thèse permettra de comprendre les mesures magnétiques (effectuées à l'institut Néel notamment par magnétométrie SQUID et HALL à basse température) grâce à une batterie de mesures structurales (diffraction aux rayons X, rasant, figures de pôles, réflectivité, absorption X …). Notamment, l'influence des paramètres de dépôt (types de couches, épaisseurs, recuits) du matériau sont étudiées via la collaboration entre les différents groupes de recherche précédemment cités. Cette thématique s'inscrit d'une part dans le cadre de travaux menés à Spintec et dédiés à la recherche de nouveaux matériaux à forte valeur ajoutée industrielle (sur le stockage d'information à ultrahaute densité sur media discrets par exemple). Elle s'inscrit d'autre part dans le renforcement de liens entre recherches fondamentales (laboratoire propre du CNRS comme l'institut Néel) et appliquées (CEA), avec un recours aux solides compétences en caractérisations structurales et magnétiques de l'Institut Néel. / In the domain of thin film (thickness ~ Å) combining a magnetic metal (Fe, Co, Ni) and a non-magnetic (largely metal or insulator), remarkable physical properties (magnetization, transport) require fine structural characterization. In particular, include the case of tunnel junctions (metal / insulator / metal) with perpendicular magnetization which are being studied in the laboratory Spintec (UMR8191 (CEA / CNRS / UJF). These nanomaterials are deposited by physical (sputtering) in this laboratory. These nanostructures are probed by X-ray diffraction in the Neel Institute (UPR 2940) via collaboration between Spintec and a team of the Institute (Surface, Interfaces and Nanostructures Department MCFP, Condensed Matter Materials and Functions). These reflectivity measurements X are the preferred sensor of choice in the context of this thesis. Other routes are also used: using means such as synchrotron radiation absorption spectroscopy X-ray: EXAFS, XANES and XMCD. The thesis will aim to study these phenomena experimentally in continuous layers on the tunnel junction stacks with perpendicular magnetization. Specifically, the thesis will include the magnetic measurements (performed at the Institut Néel SQUID magnetometry including HALL and low temperature) through a battery of structural. This theme is part of a share in the context of work carried Spintec and dedicated to research of new materials with high added value industries (information storage on ultra-high density of discrete media for example). It registers on the other hand in strengthening links between basic research (CNRS own laboratories as Neel Institute) and applied (ECA), with strong skills in use of structural and magnetic characterization of the Institute Neel.

Dans le domaine des couches minces (épaisseur~Å) associant un métal magnétique (Fe, Co, Ni) et un élément non magnétique (essentiellement métallique ou isolant), de remarquables propriétés physiques (aimantation, transport) nécessitent des caractérisations structurales fines. En particulier, citons le cas de jonctions tunnel (métal/isolant/métal) à aimantation perpendiculaire qui sont en cours d'étude au laboratoire Spintec (UMR8191 (CEA/CNRS/UJF). Ces nanomatériaux sont déposés par voie physique (pulvérisation cathodique) au sein de ce laboratoire. Ces nanostructures sont également sondées par diffraction aux rayons X au sein de l'Institut Néel (UPR 2940) via une collaboration entre Spintec et une équipe de cet Institut (Surface, interfaces et nanostructures du Département MCMF, Matière Condensée, Matériaux, et Fonctions). Ces mesures de réflectivité X constituent la sonde privilégiée de choix dans la cadre de cette thèse. D'autres voies sont également exploitées: à l'aide des moyens de rayonnement synchrotron tels que la spectroscopie d'absorption de rayons X : EXAFS, XANES et XMCD. La thèse aura pour but d'étudier expérimentalement ces phénomènes en couches continues sur ces empilements à jonction tunnel avec aimantation perpendiculaire. Plus précisément, le travail de thèse permettra de comprendre les mesures magnétiques (effectuées à l'institut Néel notamment par magnétométrie SQUID et HALL à basse température) grâce à une batterie de mesures structurales (diffraction aux rayons X, rasant, figures de pôles, réflectivité, absorption X ...). Notamment, l'influence des paramètres de dépôt (types de couches, épaisseurs, recuits) du matériau sont étudiées via la collaboration entre les différents groupes de recherche précédemment cités. Cette thématique s'inscrit d'une part dans le cadre de travaux menés à Spintec et dédiés à la recherche de nouveaux matériaux à forte valeur ajoutée industrielle (sur le stockage d'information à ultrahaute densité sur media discrets par exemple). Elle s'inscrit d'autre part dans le renforcement de liens entre recherches fondamentales (laboratoire propre du CNRS comme l'institut Néel) et appliquées (CEA), avec un recours aux solides compétences en caractérisations structurales et magnétiques de l'Institut Néel.