Magnétisme de films épitaxiés et superréseaux à base de terres rares.

Catherine Dufour

Faculté des Sciences de Vandoeuvre les Nancy

La variété et la complexité des structures magnétiques observées dans les métaux de terres rares (modulations antiferromagnétique, hélicoïdale, sinusoïdale, structures en cône…) est le résultat d’une compétition entre énergies d’échange, d’anisotropie magnétocristalline et de magnétostriction. L’épitaxie par jets moléculaire permet la croissance d’échantillons monocristallins avec des paramètres structuraux différents de ceux du massif : interfaces, dimensions réduites, déformations, superpériodicité…Ces paramètres changent la balance des énergies et un tel changement se traduit par l’apparition de nouvelles propriétés magnétiques.

Quelques exemples concernant les modifications de phases magnétiques par les déformations dans les films et les couplages magnétiques dans les superréseaux seront présentés en soulignant comment la diffraction de neutron et la diffraction magnétique résonante des RX se sont avérées être des techniques complémentaires pour ces études

Dans les films de Dy(0001), des déformations épitaxiales de l’ordre du pourcent entraînent des augmentations ou des diminutions de température de Curie de plusieurs dizaine de degré. Le signe de la variation dépend du signe des déformations. Dans les films d’Eu(110), un ordre magnétique unique est observé à basse température. Contrairement à l’Eu massif, l’hélice magnétique se propageant le long de la direction [001] disparaît au bénéfice des deux autres, en dessous de T_D. De plus, les deux vecteur de propagation restants tournent de façon continue vers la direction de croissance [110]. A la fois T_D et la rotation de ces vecteurs dépendent fortement de l’épaisseur des films. Cette dépendance résulte d’effets d’accrochage au substrat. Ces nouvelles propriétés magnétiques des films de terres rares s’explique dans le cadre de modèles magnéto-élastiques.

Dans les superréseaux de terres rares, des phases modulées se propagent à grande distance de façon cohérente à travers des couches magnétiques ou non. Le couplage dépend des épaisseurs des couches. Dans le cas particulier de superréseaux à base de deux éléments magnétiques d’anisotropie magnétocristalline différente (Dy/Er et Sm/Nd), deux ondes de densité de spins de polarisations perpendiculaires coexistent difficilement si elles sont associées à des sites cristallins de même symétrie. Au contraire, elle se propagent simultanément si elles sont associées à des sites de symétrie différente.