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Ngo , Van Thanh , 1972

Properties of complex magnetic thin films : theory and simulations , par Van Than Ngo ; sous la dir. de Hung The Diep

[S.l.] , [s.d.] -- 2004

189p. : .ill. ; 30 cm

Publication autorisée par le jury

Ce travail a été motivé par le fait que, malgré un développement spectaculaire du domaine de la physique des surfaces depuis plus de 30 ans, il reste encore beaucoup de questions non résolues ou peu étudiées. La deuxième motivation vient du fait que, depuis plus de 20 ans, il y a un nombre important de travaux sur les effets de la frustration dans les matériaux magnétiques en état massif, mais pas dans les films minces. Le but de cette thèse est d'étudier les propriétés magnétiques des films minces dans des situations complexes en tenant compte de la frustration des surfaces, du couplage entre les films et de l'effet du champ appliqué. On utilise les simulations Monte Carlo (MC) et la méthode des fonctions de Green. Ce mémoire comprend cinq chapitres. Dans le chapitre 1, on rappelle quelques notions fondamentales sur la frustration et sur le magnétisme des films minces. On y présente également des résultats expérimentaux qui ont motivé ce travail. Le principe de la simulation Monte Carlo est décrit dans le chapitre 2 avec la présentation de quelques techniques avancées telles que la méthode des histogrammes et l'algorithme de clusters. On montre dans le chapitre 3 notre étude sur un système de trois films ferromagnétiques couplés antiferromagnétiquement. Ce système est soumis à un champ magnétique uniforme H. Ce système est expérimentalement appelé "exchange-biased three-layer film". On utilise deux modèles: le modèle d'Ising et le modèle de spin quantique de Heisenberg. Pour le modèle d'Ising, on obtient avec les simulations MC un diagramme de phase dans l'espace (T, H) (T: température) qui montre un comportement très intéressant: pour H plus petit qu'une valeur Ht, on observe une transition du second ordre, de la phase antiferromagnétique (AF) vers la phase paramagnétique, à une température finie T. Pour H >Ht, il y a un 'cross-over': la transition devient du premier ordre. La valeur Ht décroît avec l'amplitude du couplage AF à l'interface et avec l'épaisseur croissante des films. Le cycle d'hystérésis mesuré dans la région de la transition par chauffage et refroidissement sous champ, montre deux marches. Ceci peut avoir des applications importantes dans le domaine d'enregistrement magnétique. Pour le modèle de spin quantique, on introduit une interaction d'échange forte suivant l'axe z pour éviter la phase 'spin-flop' quand le champ appliqué devient fort. On calcule par la méthode des fonctions de Green les aimantations locales en fonction de T. Le résultat montre un 'cross-over' vers une transition de premier ordre en champ fort, en accord avec le cas d'Ising obtenu par les simulations. Dans le chapitre 4, on étudie un film mince composé des réseaux triangulaires empilés dont les deux surfaces sont frustrées. On utilise le modèle de spin de Heisenberg. L'état fondamental classique est calculé en fonction de l'interaction de surface Js. Le résultat montre une configuration de spin non colinéaire quand |Js| est plus grand qu'une valeur critique . On utilise les simulations MC et le calcul par les fonctions de Green. L'accord entre les deux méthodes est excellent. Un des résultats remarquables est que la surface devient désordonnée à une température plus basse que celle pour les couches intérieures. Au point , la surface est désordonnée à tout T £ 0. Ce phénomène, appelé "surface magnétiquement morte" a été expérimentalement observé. On établit un diagramme de phase dans l'espace (Js, T). Ce résultat confirme en outre l'existence d'un désordre partiel à l'équilibre observé dans certains systèmes de spins quantiques frustrés en état massif. On étudie également le cas où les atomes sont permis de s'émouvoir autour de leur positions d'équilibre. On tient compte dans ce cas des interactions élastiques et magnétiques. Pour ce modèle, seules les simulations MC sont effectuées. Parmi les résultats intéressants, on peut citer la dépendance en T des distances entre les atomes: la distance entre les atomes de la surface varie plus fortement avec T par rapport à celle entre les atomes à l'intérieur. En revanche, les aimantations ne varient pas significativement avec l'interaction élastique.

This work has been motivated by two observations. The first one is that surface physics, in spite of its spectacular development in the last 30 years, both theoretically and experimentally, still have a large number of unsettled and/or unstudied questions. The second observation is that during the last 20 years there has been an enormous amount of investigations of frustration effects in bulk spin systems but not in thin films. These observations have defined the purpose of this thesis: in the work presented hereafter, we have studied magnetic properties of thin films and coupled thin films by using Monte Carlo (MC) simulations and analytical Green function (GF) method by taking into account the effects of an applied magnetic field and of the frustration introduced on the film surfaces. Among the remarkable results, we mention the effect of T on the distances between atoms. While the in-plane NN distances increase slowly with increasing T, the surface-layer distance ds is slightly larger than that of the interior layer di. On the other hand, the distance between the surface layer and the second layer d12 is much larger than the one between the second layer and the third layer d23. Note that our results show that the layer magnetizations versus T do not vary significantly.

Couches minces -- Propriétés magnétiques -- Thèses et écrits académiques

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