Microscopie à effet tunnel (STM)
La microscopie a effet tunnel est une technique inventée en 1981 par Gerd Binnig et Heinrich Rohrer dans les locaux d’IBM. Elle permet notamment d’obtenir des images dont la résolution peut atteindre le picomètre, et donc de voir des atomes uniques. Cette technique permet également d’investiguer la structure électronique de la surface du matériau étudié, avec des résolutions en énergie pouvant atteindre la dizaine de µeV.
J’ai eu la chance de travailler sur l’une de ces machines durant ma thèse, sur une installation développée par l’équipe de recherche, contrôlée par un dispositif commercial développé par National Instrument. La résolution énergétique était d’environ 15 µeV.
Techniques d'imageries magnétiques en champ proche et micro-magnetisme
Le sujet d’étude de ma these etait fortement lié au magnétisme. Il s’agissait d’étudier la formation de skyrmion magnétique (voir image ci-contre) formés sur une monocouche de cobalt, et leur interaction avec un materiau spécifique, le ruthénium <0001>.
J’ai pu imager des skyrmion magnétique grace a deux méthodes d’imagerie magnétique en champ proche : le STM polarisé en spin utilisant la magnetoresistance tunnel (TMR) et le STM non-polarisé en spin, utilisant la magnétoresistance tunnel anisotropique (TAMR).
Cryogénie
Afin d’atteindre la précision nécessaire à l’expérience et de conserver la qualité des échantillons produit, il nous était nécessaire de travailler à basses températures.
J’ai pu manipuler de l’azote liquide, ainsi que de l’hélium liquide pour maintenir le cryostat à basse température. Sans autre action, nous pouvions descendre à 4.2K (environ −268,95 °C). Mais pour les besoins de l’expérience, il était nécessaire de descendre à des températures plus basses encore.
Techniques d'ultravide
Les échantillons sur lesquels j’ai pu travailler durant ma thèse et mon stage de master 2 étaient préparée in situ. Pour éviter toute contamination durant la préparation et le transfert vers l’instrument, l’installation était plongée dans l’ultra vide (<10^-9 mbar).
J’ai ainsi pu me former à l’installation de système ultravide, mais aussi aux techniques de fabrication et de caractérisation d’échantillon sous ces conditions, telles que l’épitaxie par jet moléculaire (MBE), le clivage, la spectroscopie par electrons d’Auger (AES), la diffraction d’électrons à basse énergie (LEED)…
