Dynamique d'aimantation ultra-rapide de nanoparticules magnétiques

Ultrafast magnetization dynamics in magnetic nanoparticles

• Auteur / Autrice : Guillaume Klughertz
• Direction : Paul-Antoine Hervieux, Giovanni Manfredi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de la matière condensée
• Date : Soutenance le 28/01/2016
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de physique et chimie des matériaux (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Yves Bigot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Denis Ledue
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Respaud, André Thiaville

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dynamique moléculaire

Moments dipolaires

Aimantation

Nanoparticules magnétiques

Mots clés libres

Nanoparticules

Autorésonance

Magnétisme

Interaction dipolaire

Landau-Lifshitz

ZFC

Dynamique non-linéaire

Hyperthermie

Nanoparticles

Autoresonance

Magnetism

Dipolar interaction

Landau-Lifshitz

ZFC

Non-linear dynamics

Hyperthermia

Résumé

L’objectif de cette thèse est d’explorer analytiquement et numériquement la dynamique d’aimantation de nanoparticules magnétiques. Nous montrons qu’il est possible de contrôler efficacement le retournement d’aimantation d’une nanoparticule à l’aide d’une excitation autorésonante. Cette étude révèle que l’amortissement de Gilbert et la température altèrent l’efficacité de ce procédé, tandis que les interactions dipolaires peuvent le faciliter. Les propriétés stationnaires d’une monocouche de nanoparticules sont également étudiées en reproduisant numériquement des courbes ZFC. Nous observons ainsi qu’un désordre structurel ne modifie pas la température de blocage. Enfin, nous étudions le comportement d’un ensemble de nanoparticules en interaction dans un fluide à l’aide de simulations de dynamique moléculaire. Nous retrouvons les configurations à l’équilibre en forme de chaînes et d’anneaux, puis nous examinons les aspects dynamiques en mettant en évidence l’existence d’ondes de spins.

The goal of this thesis is to explore analytically and numerically the magnetization dynamics in magnetic nanoparticles. Firstly, we study the Néel dynamics of fixed. We show that one can efficiently control the magnetization reversal of a nanoparticle by using a chirped excitation (autoresonance). This study reveals that the Gilbert damping and the temperature alter the efficiency of the reversal, while dipolar interactions can improve it. The stationary properties of a monolayer of nanoparticles are then examined by computing ZFC curves with a Monte Carlo method. We observe that structural disorder has no effect on the blocking temperature. Finally, we investigate the behavior of an ensemble of interacting nanoparticles moving in a fluid with a molecular dynamics approach. Our numerical simulations reproduce the usual chain and ring-like equilibrium configurations. We then study the dynamics of these structures and show the existence of super-spin waves.