Ce travail de thèse porte sur l'anisotropie d'échange dans les agrégats nanométriques de cobaltet d'alliage nickel-cuivre de 4-5 nm déposés sur des couches antiferromagnétiques CoO (111). Les agrégats étudiés sont élaborés par pulvérisation magnétron et condensation de vapeur d'atomes. La croissance de couchesde CoO (111) sur substrat saphir est réalisée par pulvérisation réactive. Des mesures sur particules uniques sont effectuées en utilisant la magnétométrie à μSQUID: Les développements récents de cette technique nous ont permis de réaliser pour la première fois des mesures de cycles d'aimantation sur particules uniques de quelquesnanomètres. Les propriétés magnétiques intrinsèques des agrégats sont d'abord étudiées. Les agrégats de cobalt ont un magnétisme de Stoner-Wohlfarth et présentent l'aimantation spécifique du massif. La première étude expérimentaledu magnétisme d'agrégats nanométriques nickel-cuivre couvrant l'ensemble des compositions ferromagnétiques est présentée. Ces particules ont une aimantation spécifique plus faible que dans l'alliage massif, ce qui pourrait être attribué d'une part à leur structure icosaédrique et d'autre part à l'influence de l'environnement local des atomes de surface. Des mesures de diffraction de rayons X 'haute résolution' sur les couchesCoO (111) déposées sur Al2O3 (0001) mettent en évidence la croissance en épitaxie dans la direction [111], une grande longueur de cohérence du réseau cristallin ainsi qu'une anisotropie structurale et morphologique, en partie liée à un miscut du substrat. Le couplage d'échange est étudié sur une assemblée de particules ainsi que sur particules uniques. Les résultats obtenus montrent que l'AF ne reste pas rigide, du fait d'un fort couplage avec une configuration detype 'spin-flop'. Une direction particulière de décalage d'échange est mise en évidence avec une état bistable dans l'AF lorsque le système est refroidi à champ nul.

Ce travail porte sur l'étude de l'anisotropie d'échange dans des agrégats de cobalt nanométriques (1-6 nm de diamètre) fabriqués par une source à pulvérisation magnétron et condensation en phase vapeur. Des mesures de microscopie électronique en transmission à haute résolution et de diffraction de rayons X montrent que les agrégats sont icosaédriques. Cette structure, confirmée par des calculs utilisant un modèle atomistique, est déformée de façon non homogène. L'anisotropie magnétique de ces nano-objets, calculée à l'aide du modèle de paires de Néel, oscille en fonction du remplissage des couches successives de l'icosaèdre. <br />Le couplage d'échange F/AF est d'abord étudiée sur une assemblée d'agrégats de cobalt de différentes densités, couplés à un matériau AF (CoO ou NiO) sous forme de couche mince ou de coquille. L'effet maximum est obtenu lorsque la couche AF est continue, soit par contact direct entre agrégats oxydés, soit via une couche mince AF.<br />Enfin, des mesures utilisant la technique micro-SQUID ont pour la première fois permis de mettre en évidence le phénomène de couplage d'échange sur un agrégat de cobalt unique couplé à un AF. Les agrégats de cobalt oxydés ou non sont déposés sur une couche mince de CoO puis recouverts d'une couche de niobium supraconducteur dans laquelle sont gravées les boucles micro-SQUIDs. Ces mesures montrent que le couplage d'échange est présent même si le système F/AF n'est pas refroidi sous un champ magnétique. Elles mettent aussi en évidence que chaque agrégat possède sa propre anisotropie d'échange, dont la direction et le sens sont fixés par l'anisotropie locale de l'AF.

Ce travail de thèse a pour but l'élaboration et la caractérisation microstructurale / magnétique de systèmes multicouches Fe/Mn présentant un couplage d'échange anisotrope. La caractérisation structurale a été effectuée par microscopie électronique en transmission, ce qui a permis d'identifier les structures α-Fe et α-Mn ainsi que l'évolution de la rugosité aux interfaces avec la température de dépôt. Les analyses en sonde atomique tomographique ont permis d'obtenir une analyse locale des interfaces. Les profils linéaires de concentration obtenus ont révélé une asymétrie des interfaces Fe/Mn et Mn/Fe avec la formation de mélange Fe-Mn à concentration modulée aux interfaces, ainsi qu'une augmentation de la largeur de l'interface Fe/Mn avec la température de dépôt. Les mesures de spectroscopie Mössbauer ont permis d'identifier l'environnement local des atomes de Fe. Les zones riches en Fe sont ferromagnétiques avec une distribution de champ hyperfin reflétant la composition modulée, et les zones riches en Mn sont antiferromagnétiques avec une température de Néel sensiblement proche de celle du α-Mn. La caractérisation magnétique a été effectuée dans un premier lieu par magnétométrie à SQUID, ce qui a permis de déterminer l'évolution de l'aimantation globale des échantillons, le champ de d'échange et le champ coercitif. Par ailleurs, les profils d'aimantation en profondeur ont été obtenus par réflectométrie de neutrons polarisés, ce qui a permis d'identifier deux types de couches de Fe, ainsi que l'influence de la température d'élaboration sur le champ coercitif.

Ce travail de thèse est consacré à la corrélation entre propriétés structurales à l'échelle atomique et propriétés magnétiques de multicouches (Pt/Co)3/Pt /IrMn à anisotropie d'échange perpendiculaire. Ces multicouches sont utilisées dans le domaine de l'électronique de spin. Une attention particulière a été portée à la caractérisation nanostructurale de l'interface Co/IrMn, cette interface jouant un rôle prédominant dans le phénomène d'anisotropie d'échange, caractérisée par le champ d'échange HE. L'étude structurale, réalisée principalement en sonde atomique tomographique a permis de révéler la structure des multicouches étudiées dont certaines couches sont d'épaisseur sub-nanométrique. Les résultats des mesures magnétiques ont montré que l'insertion d'une couche mince (spacer) de Pt à l'interface Co/IrMn augmente les valeurs de HE pour la multicouche dont l'épaisseur des couches de Co est tCo = 0,4 nm, mais diminue HE lorsque tCo = 0,6 nm. Les analyses nanostructurales montrent qu'en l'absence du spacer et pour tCo =0,4 nm, les atomes d'Ir et de Mn diffusent dans toute l'épaisseur de la couche de Co sur laquelle repose la couche IrMn alors que pour tCo = 0,6 nm la diffusion de ces atomes est beaucoup plus réduite. Quelle que soit l'épaisseur de la couche de Co, la présence du spacer réduit très fortement la diffusion d'Ir et de Mn, montrant ainsi que le spacer agit comme une barrière de diffusion. Pour tCo =0,4 nm, l'ajout du spacer, en limitant très fortement l'interdiffusion à l'interface entraîne l'augmentation de HE . Pour tCo =0,6 nm, la diffusion étant limitée, l'ajout d'un spacer entraîne une diminution de HE en raison de l'éloignement des spins de Co et Mn.

Ce travail de thèse est consacré à l'étude, par simulations numériques, du phénomène d'anisotropie d'échange présent, notamment, dans les éléments sensibles des MRAMs. La première partie de ce mémoire porte sur l'influence de la rugosité d'interface, combinée à l'effet de la température, sur les propriétés d'anisotropie d'échange, par le biais d'une approche atomique. L'étude a permis de confirmer la forte influence de la configuration interfaciale. Il a notamment été observé que l'interface présentant la plus forte rugosité, donnait lieu à des valeurs plus importantes du champ d'échange. De plus, l'existence de sites FM à fort champ local agissant comme des sites de nucléation lors du retournement d'aimantation a été observée. Nos résultats montrent également que la frustration magnétique, combinée à l'agitation thermique, pouvait induire une annulation du champ d'échange dans le cas d'une interface suffisamment rugueuse, confirmant ainsi que la frustration magnétique à l'interface FM/AFM peut conduire, lorsque la température augmente, à des régions magnétiquement désordonnées qui ne contribuent pas au champ d'échange. La seconde partie de ce mémoire est consacrée à l'effet de la température et de la microstructure sur les propriétés d'anisotropie d'échange, ainsi qu'aux distributions de température de blocage via une approche granulaire. Il en ressort que la température à laquelle l'annulation du champ d'échange est observée, communément définie comme une température de blocage des grains AFM (T AF MB ), correspond, d'après nos simulations, à environ 80% de T AF M B calculée. L'influence de zones "verre de spin", ayant pour origine un affaiblissement du couplage effectif dû à la présence de rugosité, sur la distribution de T AF M B a également été étudiée. L'introduction d'une "certaine quantité" de grains présentant un état "verre de spin" dans la couche AFM, induit bien un pic à basse température comme observé expérimentalement.

Notre objectif est d’améliorer la compréhension du phénomène d’anisotropie d’échange dans les nanoplots en comparaison aux films continus et d’étudier les effets du désordre magnétique à l’interface dans la couche AF sur les propriétés d’anisotropie d’échange. Dans un premier temps, nous avons utilisé un modèle granulaire qui prend en compte les phases magnétiques désordonnées à l’interface F/AF et nous modélisé ces phases par la présence de grains moins stables à l’interface dans la couche AF. De plus, dans le cas des nanoplots, nous avons pris en compte des grains moins stables localisés sur les bords de la couche AF pour reproduire les effets dus à la méthode de fabrication. Nous avons trouvé qu’il existe deux mécanismes de retournement de la couche F en dépendant de la valeur du couplage ferromagnétique. Si le couplage ferromagnétique faible, le retournement de la couche F s’amorce sur plusieurs centres de nucléation et s’effectue sans propagation. Alors que si le couplage ferromagnétique fort, le retournement de la couche F s’amorce en un seul centre de nucléation situé à un coin du nanoplot puis se propage à partir de ce coin. Ensuite notre modèle a permis d’expliquer les principales caractéristiques des comportements observés expérimentalement dans les bicouches Co/IrMn et NiFe/IrMn (pour différentes tailles latérales), à différentes températures de mesure et pour différentes épaisseurs de la couche AF. Plus précisément, les valeurs du champ d’échange simulé dans les films continus, à température ambiante, sont plus grandes que dans les nanoplots pour les faibles épaisseurs de la couche IrMn alors que c’est le contraire lorsque cette épaisseur augmente. Dans un deuxième temps, Nous avons utilisé un modèle atomique qui prend en compte la frustration magnétique dans la couche AF et la présence de défauts structuraux tels que les joints de grains et l’interdiffusion. Nous avons trouvé que l’effet combiné de la frustration, des joints de grains et de la surface induit des configurations magnétiques non colinéaires complexes (présence de domaines magnétiques) dans la couche AF à l’interface. Nos résultats montrent que la non-colinéarité des moments AF à l’interface diminue le couplage effectif à l’interface F/AF et diminue la constante d’anisotropie effective de la couche AF. Nos résultats montrent également que la présence de joints de grains lorsqu’il y a de la frustration renforce la stabilité de la couche AF à 0K alors qu’elle la diminue à température non nulle. Enfin, nous avons trouvé que l’interdiffusion diminue fortement le champ d’échange et rend la couche AF plus stable, ce qui correspond à une diminution du couplage effectif à l’interface. Il est important de noter que les valeurs du champ d’échange simulé sont dans ce cas réalistes, ce qui met en évidence que l’interdiffusion est probablement un des facteurs essentiels pour lesquels les champs d’échange mesurés expérimentalement sont nettement plus faibles que ceux prévus par les modèles simples. / Our goal is to improve the comprehension of the exchange bias (EB) in nanodots in comparison with the continuous films and to study the effects of the interfacial magnetic disorder on the EB properties. Firstly, we use a granular model which considers disordered interfacial phases by considering less stable magnetic grains at the interface in the antiferromagnetic (AF) layer. We further model the effect of the nanofabrication process by considering less stable magnetic grains at the edges, due to grain cutting. Our results evidence two different mechanisms of the ferromagnetic (F) layer reversal depending on the magnitude of the coupling between F grains. In the weak coupling regime relative to the anisotropy, the exchange field is independent of the coupling. By contrast, in the strong coupling regime, the exchange field depends on the coupling. Our model also well explain some experimental features observed in NiFe/IrMn and Co/IrMn nanodots (for various lateral sizes) and continuous films, at various measurement temperatures and various AF thicknesses. More precisely, the simulated values of the exchange field in the continuous films, at room temperature, are larger than in the nanodots for small values of the AF thicknesses. However, it is the opposite when this thickness increases. Secondly, we use an atomic model which considers the magnetic frustration inside the AF layer and the presence of structural defects such as grain boundaries and interdiffusion. We found that the combination effect of grain boundaries, frustration and surface can result in complex magnetic configurations in the AF layer at the interface (magnetic domains). Our results show that the non-collinearity of the AF moments at the interface decreases the effective coupling at the interface and decreases the effective anisotropy constant of the AF layer. Our findings indicate that combination effect of grain boundaries and frustration make the AF layer more stable at 0 Kelvin and less stable at non-zero temperature. Our results show that the interdiffusion decrease the simulated values of the exchange field and make the AF more stable which corresponds to a decrease of the effective coupling at the interface. It is important to note that the simulated values of the exchange field are realistic values, which highlights that the interdiffusion is probably one of the essential factors which can give simulated values close to the experimental values.