Magnetic and structural properties of size-selected FeCo nanoparticle assemblies
Propriétés magnétiques et structurales d’assemblées de nanoparticules de FeCo triées en taille
Résumé
Over the past few decades, use of nanostructures has become widely popular in the different eld of science. Nanoparticles, in particular, are situated between the molecular level and bulk matter size. This size range gave rise to a wide variety physical phenomena that are still not quite understood. Magnetic nanoparticles are at their hype due to their applications in medical eld, as a catalyst in a wide number of chemical reactions, in addition to their use for information storage devices and spintronics.
In this work, we are interested in studying the intrinsic magnetic properties (magnetic moments and anisotropy) of FeCo nanoparticles. Thus, in order to completely understand their properties, mass-selected FeCo nanoparticles were prepared using the MS-LECBD (Mass Selected Low Energy Cluster Beam Deposition) technique in the sizes range of 2-6 nm and in−situ embedded in a matrix in order to separate them, to avoid coalescence during the annealing and to protect during transfer in air. From a rst time, the structural properties (size, morphology, composition, crystallographic structure) of these nanopar- ticles were investigated in order to directly correlate the modi cation of the magnetic properties to the structure and chemical ordering of the nanoparticles after high temperature treatment. In addition to the bimetallic FeCo nanoparticles, reference Fe and Co systems were also fabricated and studied using the same techniques. The structural properties were investigated using high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), anomalous x-ray diffraction (AXD) and extended x-ray absorption ne structure (EXAFS) where a phase transition from a disordered A2 phase to a chemically ordered CsCl B2 phase was observed and further validated from the magnetic ndings using SQUID magnetometry and x-ray magnetic circular dichroism (XMCD).
La recherche sur les nanostructures n’a cessé de croître au cours de ces dernières années. En particulier, de grands espoirs sont basés sur l’utilisation possible de nanopartic- ules, objets situés à la frontière entre les agrégats moléculaires et l’état massif, dans les différents domaines des nanosciences. Mais à cette échelle, les phénomènes physiques ne sont pas encore bien compris. Les nanoparticules magnétiques sont mises en avant pour leurs applications potentielles dans les dispositifs d’enregistrement denses, plus récem- ment dans le domaine médical, mais aussi comme catalyseur de nombreuses réactions chimiques.
Dans ce travail, nous nous sommes intéressés aux propriétés magnétiques intrinsèques (moments et anisotropie magnétiques) de nanoparticules bimétalliques fer-cobalt. Pour cela, des agrégats FeCo dans la gamme de taille 2-6 nm ont été préparés en utilisant la technique MS-LECBD (Mass Selected Low Energy Cluster Beam Deposition) et enrobés en matrice in−situ a n de les séparer, d’éviter leur coalescence pendant les recuits et de les protéger à leur sortie à l’air. Dans un premier temps, les propriétés structurales (dispersion de taille, morphologie, composition, structure cristallographique) ont été étudiées en vue de corréler directement les modi cations des caractéristiques magnétiques des nanoparticules, à leur structure et à l’ordre chimique obtenu après traitement thermique haute température. D’autre part, pour mettre en évidence les effets d’alliages à cette échelle, des références d’agrégats purs de fer et de cobalt ont été fabriquées et étudiées en utilisant les mêmes techniques. Par microscopie électronique en transmission à haute résolution, diffraction anomale et absorption de rayons X (high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), anomalous x-ray diffraction (AXD) and extended x-ray absorption ne structure (EXAFS), nous avons mis en évidence un changement structural depuis une phase A2 chimiquement désordonnée vers une phase B2 type CsCl chimiquement ordonnée. Cette transition a été validée par nos résultats obtenus par magnétomètrie SQUID et dichroïsme magnétique circulaire (x-ray magnetic circular dichroism (XMCD)).