Etudes de nanostructures magnétiques auto-organisées et épitaxiées par synthèse organométallique en solution sur des surfaces cristallines

Studies on auto-organized and epitaxiated magnetic nanostructures obtained by organometallic synthesis in solution on crystalline surfaces

• Auteur / Autrice : Charbel Achkar
• Direction : Marc Respaud, Thomas Blon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nanophysique
• Date : Soutenance le 04/07/2014
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique et chimie des nano objets (Toulouse ; 2007-....) - Laboratoire de physique et chimie des nano-objets [LPCNO]
• Jury : Président / Présidente : Jean-Francois Bobo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Respaud, Thomas Blon, Mathieu Bailleul
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Olivier Fruchart, Franck Vidal

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanofils

Épitaxie

Chimie organométallique

Synthèse inorganique

Propriétés magnétiques

Matériaux nanostructurés

Mots clés libres

Nanoparticules anisotropes

Auto-organisation

Nanofils de Co

Réseau de nano-aimants

Bit patterned media

Croissance épitaxiale

Anisotropic nanoparticles

Self-organization

Cobalt nanowires

Nanomagnet array

Bit patterned media

Epitaxial growth

Résumé

Les travaux élaborés dans cette thèse ont pour objectif de caractériser les propriétés magnétiques et structurales de nanostructures magnétiques obtenues par une nouvelle méthode de synthèse mixte physique/chimique, dite croissance hybride. La première partie du travail réalisé consiste en l’élaboration de films minces métalliques sur substrats par pulvérisation cathodique. Sur ces films minces, la synthèse chimique par voie organométallique aboutit à des réseaux de nanofils de Co monocristallins hcp, ultra-denses, ou des films nanostructurés de Fe. Les observations MEB/MET et les mesures de diffraction de rayons X réalisées sur les substrats montrent le fort impact induit par la cristallinité de la couche mince sur la morphologie et la direction de croissance des nanostructures magnétiques.Les mesures magnétiques réalisées sur des réseaux de nanofils de Co montrent une forte anisotropie magnétique perpendiculaire au substrat. Cela est obtenu grâce à l’anisotropie magnétocristalline du Co hcp (avec l’axe c parallèle à l’axe du fil) qui s’ajoute à l’anisotropie de forme. L’aimantation thermiquement stable, semble suivre un régime de retournement cohérent, régime non observé dans les structures polycristallines. L’organisation de ces nanostructures, leur grande densité et la stabilité de leur aimantation font de ce réseau un bon candidat aux applications de médias d’enregistrement magnétique à forte densité.

The elaboration of this thesis aims to characterize the magnetic and structural properties of magnetic nanostructures obtained by a new mixed physical / chemical synthesis method, called hybrid growth. The first part of the work consists in the development of thin metal films on substrates by cathode sputtering. Furthermore, the chemical synthesis conducted by organometallic chemistry on those thin films, results in an array of ultra-dense Co monocristallins hcp nanowires, or nanostructured Fe films. Additionally, The SEM/TEM observations and the X-ray diffraction measurements conducted on the substrates and induced by the crystlalline structure of the thin film, show the high impact on the magnetic nanostructures morphology and growth direction.Moreover, the magnetic measurements executed on the Co nanowires array show a strong magnetic anisotropy perpendicular to the substrate. This observation is obtained due to the magnetocrystalline anisotropy acting along the nanowire axis (Co hcp structure with the c axis parallel to the nanowire axis) in the same direction of the nanowires shape anisotropy. The magnetization within these structures is thermally stable. It follows a coherent magnetization reversal mode that has not been observed in the polycrystalline structures up to now. Finally, the self-organization of the nanowires as well as their high density and stable magnetization nominate this system for their application in high density magnetic storage devices.