Caractérisation structurale et magnétique de nanoparticules de CoPt : mise en évidence de la transition de phase A1 vers L10

Structural and magnetic characterization of CoPt nanoparticles : direct observation of the phase transition between the A1 phase and the L10 one

• Auteur / Autrice : Nils Blanc
• Direction : Thierry Epicier, Véronique Dupuis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 09/12/2009
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique de la Matière Condensée et Nanostructures (Villeurbanne) - Laboratoire de Physique de la Matière Condensée et Nanostructures (Villeurbanne)
• Jury : Président / Présidente : Alfonso San Miguel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gilles Renaud, Kai Fauth
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David Babonneau, Pascale Bayle-Guillemaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Propriétés magnétiques

Alliages cobalt-platine

Rayons X -- Diffraction

Microscopie électronique en transmission

Matériaux ferromagnétiques

Alliages

Nanoparticules

Mots clés libres

Nanoparticules

Nanoalliage

Cobalt-platine

Mise en ordre chimique

HRTEM

GISAXS

XRD

SQUID

XMCD

Nanoparticles

Nanoalloy

Cobalt-platinum

Chemical ordering

HRTEM

GISAXS

XRD

SQUID

XMCD

Résumé

Les nanoalliages à base de matériaux ferromagnétiques sont intéressants car ils peuvent être à la base d’une technologie de stockage haute densité innovante. En particulier, l’alliage CoPt présente une phase ordonnée fortement anisotrope. Dans ce travail, des nanoparticules de 1,5 à 5 nm de diamètre ont été synthétisées dans un bâti ultra-vide par ''Mass Selected Low Energy Cluster Beam Deposition '' puis déposées avec une faible énergie et enrobées dans une matrice de carbone amorphe.Après une caractérisation des couches d’agrégats en matrice de carbone par microscopie électronique en transmission (MET), la structure des nanoparticules est étudiée par MET en mode haute-résolution et comparée `a des simulations d’images. Cette approche originale permet de mettre en évidence la mise en ordre des nanoparticules et de quantifier le paramètre d’ordre d’une particule unique. La diffraction des rayons X en incidence rasante (GIXRD) permet, grâce `a des modélisations d’arriver `a la même conclusion :après un recuit sous ultra-vide de 2 h à 650°C, les nanoparticules d’alliage CoPt en matrice de carbone présentent une transition de phase A1 vers L10 sans trace de pollution ni de coalescence.Une étude magnétique des mêmes échantillons par magnétométrie à SQUID et dichroïsme magnétique des rayons X (XMCD) permet de confirmer que les nanoparticules, après un tel traitement thermique,subissent un changement de propriétés magnétiques allant dans le sens d’une mise en ordre chimique même pour des très petites tailles (de diamètre 1,8 nm).

CoPt nanoalloy are interesting: because of the huge anisotropy of the bulk phase it representsa good candidate for high-density magnetic storage applications. In this work CoPt nanoparticles are synthesizedunder ultra high vacuum conditions using “Mass Selected Low Energy Cluster Beam Deposition”in the size range of 1.5 to 5 nm in diameter and co-deposited in an amorphous carbon matrix.After a characterization of the nanoparticle layers in the carbon matrix using conventional transmissionelectron microscopy (TEM) the nanoparticle structure is studied using high resolution TEM togetherwith image simulation. This novel technique brings to light the phase transition of the alloy between thechemically disordered phase A1 and the ordered one L10. In the same time, the long-range chemicalorder parameter can be measured for an individual nanoparticle. The grazing incidence X ray diffractionspectra together with spectra modelisations provide the same conclusion after an annealing of 2 h at650°C the nanoparticles undergo a phase transition without any pollution or coalescence.A magnetic characterization using SQUID magnetometry and X ray magnetic circular dichro¨ısm(XMCD) confirms that after annealing the nanoparticles even for small sizes (1.8 nm) display a changein their magnetic properties corroborating the structural measurements.