Influence of magnetism on the structural and magnetic properties of cobalt platinum : a theoritical study

• Auteur / Autrice : Sondès Karoui
• Direction : Bernard Legrand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et Chimie des Matériaux
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Magnétisme

Alliages cobalt-platine

Structure électronique

Résumé

En raison de leurs propriétés magnétiques spécifiques, les nanoalliages CoPt font actuellement l’objet de très nombreuses études, en particulier quant à l’influence de la taille des nanoparticules sur la transition ordre-désordre. Dans ce contexte, une question fondamentale est de savoir si le magnétisme joue un rôle important dans les phénomènes d’ordre et si oui, comment l’intégrer simplement dans des potentiels interatomiques. En combinant des calculs ab initio et un modèle semi-empirique de type liaisons fortes que nous avons développé, nous avons pu mettre en évidence l’importance du magnétisme sur les propriétés structurales de ces alliages. Ainsi, notre étude ab initio a montré que le magnétisme est un moteur essentiel pour la stabilité de l’ordre chimique pour les alliages massifs du système Co-Pt. A l’aide de notre modèle énergétique, nous sommes parvenus à reproduire non seulement les principales caractéristiques électroniques du cobalt et du platine mais aussi les principales propriétés magnétiques (telle que la transition magné- tique) du cobalt. Ainsi, dans le cas du système massif, le gain d’énergie dû au magnétisme est correctement estimé en liaisons fortes. Nous avons également pu mettre en évidence un adoucissement des constantes élastiques sous l’effet du magnétisme. Enfin, l’influence du magnétisme sur les surfaces de Co (001) et (111) a été observée ce qui aurait pour conséquence de favoriser fortement la ségrégation du cobalt sur le plan de surface, et ce pour les deux orientations. Le magnétisme renforce également la ségrégation du cobalt dans le premier plan sous-jacent, ce qui peut rentrer en compétition avec les phénomènes d’ordre selon l’orientation cristallographique de la surface.

Due to their magnetic properties, Co-Pt nano-alloys are the subject of various studies, in particular regarding the influence of the size of the nanoparticle on the order-disorder transition. In this context, a fundamental question is whether or not magnetism plays an important role in order phenomena, and if yes, how to implement it simply in an inter- atomic potential. By combining ab initio calculations and a tight binding semi-empirical model that we have developed, we were able to identify the importance of magnetism on the structural properties of these alloys. Thus, our ab initio study has shown that mag- netism is an essential driving force for the stability of chemical order in the bulk alloys of the Co-Pt system. With the help of our energetics model, we were able to reproduce not only the electronic properties of cobalt and platinum but also the principal magnetic properties (such as the magnetic transition) of cobalt. Furthermore, in the bulk case, the energy gain due to magnetism is correctly estimated in tight binding. We have equally demonstrated a softening of the elastic constants under magnetic effects. Finally, an in- fluence of magnetism on Co surfaces along the (001) and (111) orientations was observed, which in consequence strongly favors the segregation of cobalt to the surface (for both orientations). Magnetism equally reinforces the segregation of cobalt in the second plane, thus entering into competition with order phenomenon.