Les nanoparticules d’alliages magnétiques chimiquement ordonnés (fig. a), de part leurs remarquables propriétés, sont l’une des solutions envisagées pour augmenter la densité de stockage de l’information. L’utilisation de nano-aimants de taille inférieure à 10 nm nécessite cependant une étude détaillée des éventuels effets de taille sur leurs propriétés physiques.
Des chercheurs de l’équipe Me-ANS, au Laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques (UMR 7162) en collaboration avec le Laboratoire d’Etude des Microstructures (UMR 104), le Centre Interdisciplinaire des Nanosciences de Marseille (UPR 3118) et la compagnie d’optique électronique japonaise (JEOL) ont étudiés les effets de taille et de forme de nanoparticules de CoPt sur leurs propriétés structurales. Ils se sont intéressés à la transition entre la structure chimiquement ordonnée (L10) possédant une forte anisotropie magnétique et la structure CFC désordonnée imposant un état super-paramagnétique incompatible avec l’enregistrement magnétique de l’information. Pour cela, ils ont utilisés et développés des techniques de microscopie électronique quantitatives, afin de déterminer la structure atomique, la taille et la forme tridimensionnelle de nanoparticules déposées sur un substrat. Ils ont montré que la température de transition de phase (Tnp) chute de façon importante lorsque la taille des particules diminue. Ainsi, des nanoparticules de taille inferieure à 3 nm présentent une Tnp au moins 175°C inferieure à celle du matériau massif. Ce résultat, confirmé par des simulations Monte Carlo, est d’un intérêt fondamental pour les applications technologiques de ces nanosystèmes, car cet effet de taille limite de manière significative le domaine de température où la mise en ordre des nanoparticules peut être obtenue.
A partir d’expériences de tomographie électronique, les chercheurs ont pu mettre en évidence un effet qui n’avait encore jamais été montré sur des nanoparticules. En effet, en analysant des tomogrammes (reconstructions tridimensionnelles) de nanoparticules (Fig. b), ils ont montré que Tnp était aussi sensible à la morphologie des nanoparticules. Il suffit ainsi que l’une des dimensions d’une nanoparticule (i.e. taille dans la plan du substrat ou épaisseur) soit inférieure à 3 nm pour observer un effet de taille sur la valeur de Tnp (Fig. c). Ce résultat montre toute l’importance de prendre en compte l’aspect tridimensionnel des nanoparticules pour comprendre et contrôler leurs propriétés physiques.
En savoir plus
Size and shape effects on the order–disorder phase transition in CoPt nanoparticles, D. Alloyeau, C. Ricolleau, C. Mottet, T. Oikawa , C. Langlois, Y. Le Bouar, N. Braidy and A. Loiseau, Nature Materials, 8, 940 - 946 (2009).
Contact chercheur
Damien Alloyeau, chargé de recherche, damien.alloyeau@univ-paris-diderot.fr