Étude des mécanismes physiques des interactions moléculaires de nano objets hybrides par la détection de microsonde à effet hall magnétique ultrasensible

Study of nanomagnetic properties of multifunctional nano-materials by an ultrasensitive planar Hall effect microprobe.

• Auteur / Autrice : Mohamed Mahfoud
• Direction : Férial Terki, El Habib Belarbi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et Astronomie
• Date : Soutenance le 15/12/2020
• Etablissement(s) : Montpellier en cotutelle avec Université Ibn Khaldoun de Tiaret. Faculté des Mathématiques et de l’informatique
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Gerhardt (Montpellier ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Azzedine Bousseksou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Férial Terki, El Habib Belarbi, Azzedine Bousseksou, Benabdellah Yagoubi, Jean Ebothe, Quang Hung Tran, Abdelaziz Boukra
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Benabdellah Yagoubi, Jean Ebothe

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanoparticules magnétiques

Magnétorésistance

Nanostructures

Mots clés libres

Nanomagnétisme

Nanostructures

Effet hall Planaire

Anisotropie magnétique

Magnetoresistance

Susceptibilité magnétique.

Nanomagnetism;

Nanostructures;

Planar hall effect;

Magnetic anisotropy

Magnetoresistance

Magnetic susceptibility

Résumé

La diminution de la taille des matériaux magnétiques jusqu'à l'échelle nanométrique conduit à l'émergence de nouvelles propriétés physique. Par exemple, les nanoparticules d'or présentent des propriétés magnétiques inattendues qui peuvent être influencées par le contrôle de l'état chimique de la surface des nanoparticules d'or. Ces propriétés promètent des technologies trés intéressantes. Pour atteindre ces objectifs, une compréhension approfondie des interactions intermoléculaires et interparticulaires grâce à une caractérisation précise de petites quantités de nanoparticules (micro / nanogrammes) est nécessaire. Cependant, cette analyse a été un défi majeur en raison de la faible résolution de détection des appareils conventionnels (10-7 emu). Cette thèse vise ainsi à développer un micro-magnétomètre de haute sensibilité (10-14 emu) permettant de mettre en évidence les propriétés nanomagnétiques de petites quantités de nanoparticules isolées. Par conséquent, j'ai étudié comment optimiser la stabilité thermique du capteur afin d’effectuer des mesures précises dans un environnement de température instable de 5K à 410 K. Les interactions entre les nanoparticules magnétiques et le magnétomètre ont été simulées pour maximiser la détectivité du magnétomètre en optimisant les géométries mises en jeu. J’ai pu ainsi mettre en évidence expérimentalement l’exaltation du signal magnétique d’une très faible quantité de nanoparticules d'or (2 microgrammes) fonctionnalisées « magnétisme très surprenant de l’or à l’échelle nanométrique ».

Decrement in size of magnetic materials down to nanoscale leads to the emergence of new properties. For example, gold nanoparticles exhibit unexpected magnetic properties that can be influenced by controlling the chemical state of gold nanoparticles’ surface. These properties promise attractive technologies. To reach these goal, a deep understanding of intermolecular and interparticle interactions through a precise characterization of small amounts of nanoparticles (micro/nanogrammes) is required. However, this analysis has been a major challenge due to low detection resolution of conventional devices (10-7 emu). This thesis aims to develop a high sensitivity micro-magnetometer (10-14 emu) enable to reveal nanomagnetic properties of small amount of isolated nanoparticles. Therefore, I study how to optimize the thermal stability of the sensor for accurate measurements in unstable temperature environment from 5K to 410 K. Interactions between magnetic nanoparticles and the magnetometer were investigated theoretically to maximize the magnetometer’s detectivity by optimizing its geometries. With these improvements, I evidenced experimentally a magnetization enhancement of micrograms of gold nanoparticles by chemical functionalization.