F. OTT (1998) Université Paris XI
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Sommaire (Sommaire)
Introduction 1 (Introduction)
I. La réflectivité de neutrons polarisés
avec analyse de polarisation. 9 (Chapitre1a)
A. Interaction neutron-matière. 9
1. Le neutron. 9
2. Potentiels
d’interaction neutron-matière. 10
3. Propagation
d’un neutron dans un champ magnétique uniforme. 12
B. Les techniques de réflectivité. 20
1. Indice optique
en neutrons. 20
2. Réflexion
totale, angle critique. 21
3. Détermination
des longueurs de diffusion et de l’indice optique. 22
4. Réflexion sur
un milieu homogène. 23
5. Réflexion sur
un système multicouche. 24
C. Réflectivité d’un système de couches minces
magnétiques. 27
1. Informations
accessibles en réflectivité de neutrons polarisés avec analyse de polarisation. 27
2. Géométrie de
réflectivité. 29
3. Réflexion sur
un système de couches magnétiques idéales : homogènes et sans rugosité. 29
4. Illustration de
la réflectivité de neutrons polarisés sur un dioptre magnétique. 35
5. Sensibilité de
la technique de réflectivité de neutrons polarisés dans la détermination de
profils d’aimantation. 42
6. Inversion des
profils expérimentaux. 45
7. Réflexion sur
des couches non idéales. 50
D. Description des dispositifs
expérimentaux. 56 (Chapitre1b)
1. Description du
spectromètre PADA (G.2.2) du Laboratoire Léon Brillouin. 56
2. Utilisation
pratique du spectromètre PADA. 61
3. Traitement des
erreurs expérimentales. 62
E. Nouvelle technique de mesure de cycles
d’hystérésis par réflectivité de neutrons polarisés. 68
1. Intérêt de faire
des mesures des cycles d’hystérésis par réflectivité de neutrons. 68
2. Exemples de
calculs théoriques. 69
3. Exemples d’un
système de couches magnétiques simples. 71
4. Exemple d’un
système de bicouches magnétiques. 74
5. Conclusion et
perspective. 77
F. Effet de l’énergie Zeeman dans les mesures
de réflectivité de neutrons polarisés. 78
1. Séparation
spatiale. 78
2. Asymétrie des
signaux de spin-flip non symétriques dans les mesures de réflectivité. 79
3. Effet des
gradients de champ 80
G. Problème de polarisation du faisceau de
neutrons. 81
1. Quelques
mesures expérimentales. 81
2. Origine de
l’effet et correction du problème. 82
H. Conclusion 83
II. Détermination d’informations magnétiques vectorielles par
technique magnéto-optique. 87
A. Effets magnéto-optiques. Définitions et
terminologie. 87 (Chapitre2a)
B. Réflectivité d’un système de multicouches
non isotropes. 89
1. Notations et
formalisme. 89
2. Propagation
d’une onde plane dans un milieu non isotrope. 90
3. Réflectivité
optique d’un système de multicouches. 93
C. Dispositif expérimental de mesures par
effet Kerr. 95
1. Description
générale du montage. 95
2. Description du
modulateur électro-optique. 96
D. Détermination des
composantes planaires de l’aimantation d’un film mince par technique
magnéto-optique. 97 (Chapitre2b)
1. Méthode
utilisant une rotation du champ magnétique. 97
2. Détermination
de la direction de l’aimantation sans rotation du champ magnétique extérieur. 99
3. Conclusion. 104
E. Obtention d’informations magnétiques
résolues en profondeur par technique magnéto-optique. 106 (Chapitre2c)
1. Technique basée
sur le principe de l’analyseur tournant. 106
2. Approche plus
systématique. 108
F. Parallèle entre les techniques
magnéto-optiques et de réflectivité de neutrons. 112
G. Conclusion. 114
III. Détermination de profils d’aimantation dans des multicouches magnétiques
soumises à des déformations mécaniques. 117
(Chapitre3)
A. Les anisotropies magnétiques. 117
1. Energie
magnéto-cristalline. 117
2. Energie
d’anisotropie de forme. 118
3. Energie
magnéto-élastique. 119
4. Relations entre
les constantes magnéto-élastiques et les constantes de magnétostriction. 121
5. Comportement
magnétique de couches minces soumises à des contraintes de déformation. 122
B. Profils de constantes magnéto-élastiques
dans des couches simples de nickel. 123
1. Détermination
de profils d’aimantation dans des couches simples de nickel soumises à des
déformations mécaniques. 125
2. Modélisation
des résultats par un gradient de constantes ME. 130
3. Conclusion. 133
C. Création de couplages magnétiques
quadratiques dans des systèmes de tricouches par application de déformations
mécaniques. 133
1. Système
d’alliage nickel-fer à composition modulée. 134
2. Effet de
déformations mécaniques sur des systèmes de bicouches avec espaceur non
magnétique. 137
D. Conclusion. 141
IV. Problèmes à deux dimensions : diffusion sur des structures
lithographiées. 145
A. Approximation de Born. 145 (Chapitre4a)
1. Equation
intégrale de la diffusion. 145
2. Approximation
de Born. 147
3. Développement
de Born. 148
4. Approximation
de Born généralisée. Distorted Wave Born Approximation (DWBA). 149
B. Calcul dynamique de la diffraction par un
réseau. 151
1. Cas non
magnétique. 151
2. Cas magnétique. 155
C. Techniques de lithographie de réseaux. 162 (Chapitre4b)
Principe de la
technique. 162
Résultats
expérimentaux. 163
D. Utilisation de réflectomètres en diffusion
hors spéculaire. 167 (Chapitre4c)
1. Géométrie de
diffusion hors spéculaire. 167
2. Condition de
diffraction. 167
3. Augmentation de
la période effective d’un réseau. 168
4. Les différents
modes de mesure sur un spectromètre deux axes. 171
5. Les différents
modes de mesure sur un spectromètre en temps de vol. 172
6. Fonction de
résolution du spectromètre EROS. 173
E. Diffusion hors spéculaire sur des
structures lithographiées. 174
1. Influence des
différents paramètres d’un réseau sur les modes de diffraction. 174
2. Diffusion sur
des réseaux lithographiés. Comparaison entre mesures expérimentales et
simulations numériques. 176
3. Augmentation
des efficacités de diffraction. 183
4. Conclusion. 189
F. Etude par diffusion hors spéculaire de
neutrons du comportement magnétique de nanostructures lithographiées. 190 (Chapitre4d)
1. Diffraction sur
des réseaux de lignes lithographiées. 191
2. Diffraction de
surface sur un réseau de domaines magnétiques ordonnés. 196
3. Conclusion. 200
G. Utilisation de supermiroirs gravés pour
l’analyse en énergie d’un faisceau de neutrons. 201
1. Principe du
système d’analyse par réseau gravé. 201
2. Problèmes de
résolution et optimisation du dispositif. 202
H. Conclusion. 203
Conclusions et perspectives. 205 (Conclusion)
Annexe A : Interaction neutron-couche magnétique
infinie. 213 (AnnexesABCD)
Annexe B : Calcul de la réflectivité optique d’un système
de couches minces. 215
Annexe C : Fonction de transfert d’un ellipsomètre à
polariseur tournant. 217
Annexe D : Détails du calcul dynamique de la diffraction
sur un grating et description de l'implémentation numérique. 219
Annexe E : Analyse
d’un faisceau de neutrons par utilisation d’un dispositif de
Stern-Gerlach : analyse de spin et analyse en énergie. 222 (AnnexeE)
Références bibliographiques. 231 (Biblio)
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Chapitre 2a Chapitre 2b Chapitre 2c Chapitre 2d
Chapitre 4a Chapitre 4b Chapitre 4c Chapitre 4d