Iman Abdallah

Modifications structurales et dynamiques de spins d'alliages Heusler Co2MnSi irradiés aux ions He+: L'électronique de spins est basée sur le principe que l'électron possède une charge mais aussi un spin. Cette nouvelle électronique est née de de la découverte de la magnétorésistance géante (GMR) par A. Fert et P. Grunberg en 1988 qui furent récompensés par le prix Nobel de physique en 2007. Ceci a révolutionné le domaine des capteurs de champ magnétiques ainsi que le stockage at le traitement de données. Les mécanismes de base de la GMR et la Magnéto Résistance Tunnel (TMR) repose sur la polarisation de spin, qui correspond à l'orientation préférentielle dans une direction du spin des électrons de conduction. Par conséquent, l'obtention de matériaux présentant à la fois une forte polarisation en spins et un faible coefficient d'amortissement dynamique fait aujourd'hui l'objet d'une recherche très importante. Dans ce domaine, l'alliage d'Heusler Co2MnSi est très prometteur car il est prévu qu'il soit demi-métallique (polarisation en spins de 100%), avec un coefficient d'amortissement en-dessous de 10-3, soit environ un ordre de grandeur plus faible que les matériaux ferromagnétiques habituellement utilisés en microélectronique. De plus sa température de Curie autour de 800 K lui assure une bonne stabilité thermique pour les applications à température ambiante. Dans ce travail, nous avons étudié les corrélations entre les propriétés structurales et magnétiques de cet alliage Pour atteindre notre objectif, nous avons mesuré l'évolution des paramètres magnétiques statiques et dynamiques du Co2MnSi en fonction du désordre atomique induit par irradiation aux ions He+ at 150 KeV. Pour cela, nous avons combiné plusieurs techniques expérimentales. Les échantillons sont d'abord fabriqués par pulvérisation cathodique sur des substrats MgO. Ils sont ensuite irradiés avec des ions He+ à 150 KeV Les propriétés structurales des échantillons ont été étudiées par diffraction de rayons X en conditions normales et résonante, par microscopie électronique à transmission (TEM), notamment en mode d'imagerie HAADF-STEM. Cette partie de notre étude a été réalisée en collaboration avec les laboratoires LAAS-CNRS à Toulouse et INA-ARAID à l'Université de Saragosse (Espagne). Les propriétés magnétiques statiques ont été mesurées par Effet Kerr Magneto optique (MOKE), et magnétométrie (PPMS) au laboratoire de LPCNO à Toulouse. Les propriétés dynamiques quant à elles ont été mesurées à l'aide d'un banc de mesure de résonance ferromagnétique large bande développé au CEMES pendant cette thèse. Les résultats obtenus ont montré le lien entre la déformation tétragonal de la cellule élémentaire et l'apparition d'un axe d'anisotropie uni axial dans le matériau. De plus, nous avons montré que les propriétés magnétiques et dynamiques étaient peu affectées dans la phase cristalline B2. En revanche, l'effet de l'irradiation ionique sur la phase cristalline L21 est d'augmenter le désordre de type Co/Mn qui s'accompagne d'une forte diminution de l'aimantation de de la constante d'échange ainsi que d'une augmentation de l'anisotropie cubique et du coefficient de relaxation dynamique.

Al/CuO energetic structure are attractive materials due to their high thermal output and propensity to produce gas. They are widely used to bond components or as next generation of MEMS igniters. In such systems, the reaction process is largely dominated by the outward migration of oxygen atoms from the CuO matrix towards the aluminum layers, and many recent studies have already demonstrated that the interfacial nanolayer between the two reactive layers plays a major role in the material properties. Here, we demonstrate that the ALD deposition of a thin ZnO layer on the CuO prior to Al deposition (by sputtering) leads to a substantial increase in the efficiency of the overall reaction. The CuO/ZnO/Al foils generate 98% of their theoretical enthalpy within a single reaction at 900 °C, whereas conventional ZnO-free CuO/Al foils produce only 78% of their theoretical enthalpy, distributed over two distinct reaction steps at 550 and 850 °C. Combining high-resolution transmission electron microscopy, X-ray diffraction and differential scanning calorimetry, we characterized the successive formation of a thin zinc aluminate (ZnAl2O4) and zinc oxide interfacial layers, which act as effective barrier layer against oxygen diffusion at low temperature.

Ferromagnetic resonance has been used to investigate the effect of a Mn/Si and a Co/Mn atomic disorder on the magnetic properties and dynamic relaxation of Co ₂ MnSi Heusler alloy. He ⁺ ion irradiation at 150 KeV is used to induce a Co/Mn and Mn/Si swap in the initial structure of the material. While a Mn/Si disorder is found to show similar magnetic behavior as compared to the L2 ₁ order, we observe a strong impact of a Co/Mn swap on the static and dynamic properties of the alloy. These results are explained with regard to electronic band structure and damping coefficient first-principles calculations showing the modification of the minority-spin density of states at the Fermi energy and local magnetic orbital moment with Co/Mn swap.

We have investigated the atomic disorder induced by a 150 keV He⁺ ion irradiation in a 40 nm thick Co₂MnSi Heusler alloy. Disorder parameters on each atomic site are deduced from normal and anomalous x-ray diffraction measurements with Co and Cu Kα sources. While the film grows mainly in the L2₁ phase with inclusion of B2 grains, we observe an increase of both the Mn–Si and Co–Mn exchanges with the ion fluence. HAADF-STEM analysis demonstrates that the increase in Mn–Si disorder corresponds to a growing size of the B2 grains while the Co–Mn exchange is accounted for a D0₃ disorder type in the L2₁ matrix. These structural modifications are shown to decrease the average magnetization of the alloy, which is due to D0₃ disorder and local defects induced by irradiation.