Interaction entre parois de domaines

Ce second chapitre est consacré à l’étude de l’interaction entre parois de domaines dans des nanofils cylindriques et planaires. Il est basé essentiellement sur des résultats micromagnétiques, contrairement aux chapitres 3 et 4 où le modèle unidimensionnel est confronté aux résultats numériques.La section 2.1 est un état de l’art sur ce sujet. Nous examinerons les recherches réalisées sur les interactions entre parois de domaines peuplant des nanofils différents ou lorsqu’elles se trouvent au sein d’un même nanofil. Les sections suivantes présentent les résultats ob- tenus pendant cette thèse. La section 2.2 est dédiée à l’interaction entre parois transverses non piégées dans un cylindre ou une nanopiste. La section 2.3 met en exergue l’interaction entre parois transverses piégées dans un nanofil cylindrique. Nous aborderons en premier lieu le piégeage par constriction radiale. En second lieu, l’influence de l’interaction entre deux parois sur le processus de dépiégeage sous champ magnétique sera étudiée, ainsi que l’énergie d’interaction. La section 2.4 reprend le même schéma d’étude précédemment cité pour le cas des nanofils planaires. En outre, l’effet de la rugosité sera étudié pour chaque système.

L’étude des interactions entre parois de domaines a un intérêt aussi bien fondamental qu’ applicatif. Les dispositifs basés sur le contrôle et le déplacement des parois de do- maines, cités en introduction, font intervenir une multitude de parois et de nano-structures magnétiques confinées dans un espace restreint. L’interaction entre ces différents systèmes physiques est inévitable et va influer sur la dynamique des parois de domaines. Dans un premier temps, nous allons présenter les recherches réalisées sur les interactions entre pa- rois dans des nanofils voisins, puis dans un second temps, l’interaction entre parois dans un même nanofil.

Interaction entre parois dans des nanofils voisins

Les effets de la présence d’une paroi de domaine transverse sur l’état magnétique de nano-structures annulaires rapprochées entre elles ont été constatés [59,60], et expliqués par l’addition d’un champ magnétique local correspondant au champ de fuite de la paroi. Quelques années plus tard, une analyse quantitative de l’interaction entre parois trans-verses dans des nanofils planaires voisins a été réalisée [61]. Cette étude expérimentale met en évidence l’interaction attractive entre deux parois de configuration magnétique opposée (head-to-head,tail-to-tail) se déplaçant dans deux nanopistes adjacentes en per- malloy (Ni80Fe20). Cette étude montre la forte dépendance de l’interaction en fonction de l’espacement entre les nanopistes en mesurant le champ nécessaire pour séparer les parois de leur attraction mutuelle. L’attraction entre les parois est expliquée par l’inter- action entre les distributions de charges magnétiques portées par les parois transverses (ρV = −∇ ·La dépendance de la distribution de charges d’une paroi transverse en fonction de la largeur du nanofil planaire a été étudiée [62]. Cette étude montre que la densité de charges surfaciques sur le bord chargé positivement de la paroi a un profil plus étendu que pour le côté chargé négativement dans un nanofil de 200 nm de largeur. A contrario, pour un nanofil de largeur réduite (40 nm) la distribution de charges est quasi-équivalente pour chaque bord de la paroi.

D’autres études expérimentales sur l’interaction entre parois dans des nanofils planaires voisins furent réalisées [63,64], montrant le caractère attractif et répulsif de l’interaction en fonction de la configuration magnétique des parois transverses et vortex. Par ailleurs, la dynamique non-linéaire de parois couplées par l’interaction magnétostatique dans des nanopistes adjacentes et soumises à une excitation harmonique a été examinée [65]. Enfin, l’énergie d’interaction entre deux parois transverses peuplant des nanofils différents a été calculée analytiquement par expansion multipolaire de l’énergie de démagnetisation du système [66].

Interaction entre parois dans un même nanofil

Nous avons constaté dans la sous-section précédente que l’interaction entre parois pouvait être décrite par une approche coulombienne en considérant les parois comme des distributions de charges magnétiques. Cependant, l’interaction entre parois peut être aussi interprétée en utilisant la topologie. Une paroi de domaine étant une configuration magnétique non uniforme, elle peut être vue comme un défaut topologique ou un soliton [70]. Un défaut topologique est caractérisé par le numéro d’enroulement (winding number ) n, qui compte le nombre de fois que le champ vectoriel (ici l’aimantation) est enroulémontré qu’une paroi à la chiralité changeante due à l’application d’un courant polarisé va induire, par interaction, un changement de chiralité sur une paroi adjacente non soumise à un courant. Ce retournement de l’aimantation permet de conserver l’interaction attrac- tive entre les deux parois afin de minimiser l’énergie. Une analyse micromagnétique de l’interaction entre une paroi transverse piégée par constriction radiale et une autre paroi non piégée dans des nanofils cylindriques a été menée [68]. Dans cette étude, les potentiels de piégeage induits par la constriction et par l’interaction attractive ont été determinés ainsi que les effets de la rugosité de surface sur la dynamique des parois et la forme des potentiels. Enfin, la dynamique de deux parois transverses de même charge en interaction a montré un comportement oscillatoire lors de l’écartement des parois, dû à leur répulsion .