Structural and magnetic characterization of CoPt nanoparticles: direct observation of the phase transition between the A1 phase and the L10 one
Caractérisation structurale et magnétique de nanoparticules de CoPt : mise en évidence de la transition de phase A1 vers L10
Résumé
CoPt nanoalloy are interesting: because of the huge anisotropy of the bulk phase it represents a good candidate for high-density magnetic storage applications. In this work CoPt nanoparticles are synthesized under ultra high vacuum conditions using "Mass Selected Low Energy Cluster Beam Deposition" in the size range of 1.5 to 5 nm in diameter and co-deposited in an amorphous carbon matrix. After a characterization of the nanoparticle layers in the carbon matrix using conventional transmission electron microscopy (TEM) the nanoparticle structure is studied using high resolution TEM together with image simulation. This novel technique brings to light the phase transition of the alloy between the chemically disordered phase A1 and the ordered one L10. In the same time, the long-range chemical order parameter can be measured for an individual nanoparticle. The grazing incidence X ray diffraction spectra together with spectra modelisations provide the same conclusion after an annealing of 2 h at 650° C the nanoparticles undergo a phase transition without any pollution or coalescence. A magnetic characterization using SQUID magnetometry and X ray magnetic circular dichroïsm (XMCD) confirms that after annealing the nanoparticles even for small sizes (1.8 nm) display a change in their magnetic properties corroborating the structural measurements.
Les nanoalliages à base de matériaux ferromagnétiques sont intéressants car ils peuvent être à la base d'une technologie de stockage haute densité innovante. En particulier, l'alliage CoPt présente une phase ordonnée fortement anisotrope. Dans ce travail, des nanoparticules de 1,5 à 5 nm de diamètre ont été synthétisées dans un bâti ultra-vide par « Mass Selected Low Energy Cluster Beam Deposition » puis déposées avec une faible énergie et enrobées dans une matrice de carbone amorphe. Après une caractérisation des couches d'agrégats en matrice de carbone par microscopie électronique en transmission (MET) conventionnelle, la structure des nanoparticules est étudiée par MET en mode haute-résolution et comparée à des simulations d'images. Cette approche originale permet de mettre en évidence la mise en ordre des nanoparticules et de quantifier le paramètre d'ordre d'une particule unique. La diffraction des rayons X en incidence rasante (GIXRD) permet, grâce à des modélisations d'arriver à la même conclusion: après un recuit sous ultra-vide de 2 h à 650° C, les nanoparticules d'alliage CoPt en matrice de carbone présentent une transition de phase A1 vers L10 sans trace de pollution ni de coalescence. Une étude magnétique des mêmes échantillons par magnétométrie à SQUID et dichroïsme magnétique des rayons X (XMCD) permet de confirmer que les nanoparticules, après un tel traitement thermique, subissent un changement de propriétés magnétiques allant dans le sens d'une mise en ordre chimique même pour des très petites tailles (de diamètre 1,8 nm).