Surfaces nanostructurées de nickel électrodéposé sur divers substrats: Etude de la croissance d'interface et des caractéristiques magnétiques

Nanostructured surfaces of nickel electrodeposits on various substrates: Study of the interface growth and the magnetic characteristics

• Auteur / Autrice : Lény Nzoghe Mendome
• Direction : Jean Ebothe
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Reims

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie à force atomique

Aimantation

Nickel

Dépôt électrolytique

Mots clés libres

Topographie, Rugosité à saturation, Champ coercitif, Aimantation rémanente, Renversement d'aimantation, Paroi de domaine

Résumé

Le rôle des imperfections de surface de matériaux en forme de couches minces est accru à mesure que leur épaisseur décroît. Cependant, le lien entre la formation de ces imperfections et la nature du substrat de dépôt en jeu est un fait abondamment souligné dans la littérature. Son intérêt devient majeur à l'ère de la miniaturisation intensive des systèmes modernes d'application industrielle. Les couches minces électrodéposées de nickel possèdent une grande variété de morphologies de surface, suivant les conditions d’élaboration et le substrat de dépôt. A cet effet, le microscope à force atomique nous a permis d'étudier la morphologie (aspect qualitatif) et la topographie (aspect quantitatif) de surface des couches de nickel élaborées par Chronoampérométrie et Voltampérométrie cyclique à travers notamment les paramètres statistiques que sont la rugosité RMS et le diamètre moyen des grains de nickel, qui donnent respectivement une information verticale et horizontale sur la topographie de la surface. A travers ces paramètres, nous avons pu, d'une part, présenter l'évolution de la topographie de surface en fonction des conditions d’élaboration (la densité de courant et la vitesse de balayage en potentiel) et d'autre part, étudier la fractalité (étude dynamique à travers la loi de Family-Viscek) et le mode de croissance (étude analytique à travers l’équation de KPZ) des couches électrodéposées de nickel. Par ailleurs, nous avons montré que les caractéristiques ferromagnétiques macroscopiques (champ coercitif et aimantation rémanente et à saturation) de ces couches étaient influencées non seulement par leur épaisseur (contribution volumique) mais également par leur topographie (contribution surfacique) via la rugosité RMS et la taille des grains. De même, la topographie a un profond impact sur le processus de retournement de l’aimantation ainsi que sur la configuration magnétique locale des couches minces de nickel. En effet, leurs structures en domaines évoluent, sur chacun des substrats, avec l’épaisseur, la rugosité et la taille des grains de nickel

The role of surface irregularities on material thin films is enhanced while decreasing their thickness value. However, the dependence of their formation on the chemical nature of the film deposition substrate is not sufficiently investigated. This dependence becomes of prime interest in modern application fields associated with the intensive miniaturization trend. Nickel electrodeposits exhibit several morphologies according to the experimental setup and the substrate. Thus, the atomic force microscopy enabled us to study morphologies (qualitative aspect) and topographies (quantitative aspect) of nanostructured nickel thin films of nickel worked out by Chronoamperometry and cyclic Voltametry through statistical parameters such as root mean square roughness (RMS) and the nickel grains mean diameter, which respectively give vertical and horizontal information about surface’s topography. Through these parameters, we could, on the one hand, point out the changes of the surface topography according to the experimental setup (current density and scanning rate during cycling) and on the other hand, study the fractality (dynamic study lead according to the Family-Viscek law) and the growth mode (analytical study through the KPZ equation) exhibited by the nanostructured thin nickel films on the substrates used in this work. In addition, we showed that the macroscopic ferromagnetic properties (coercitive and saturation fields, remanent magnetization) of these thin nanostructured nickel films were influenced both by their thickness (voluminal contribution) and their topography (surface contribution) according to the root mean square roughness RMS and the grains size. In the same way, topography has a deep impact on both magnetization reversal process and local magnetic configuration of nanostructured nickel thin films. Indeed, their domain walls show structures evolving, according to both the substrate and experimental setup, with the thickness, the roughness and the nickel grains size.