Exchange anisotropy in cobalt and nickel-copper clusters deposited on CoO (111)
Anisotropie d'échange dans des agrégats de cobalt et nickel-cuivre posés sur CoO (111)
Résumé
This work reports on the exchange anisotropy in cobalt and nickel-copper nanoclusters (4-5 nm) deposited on CoO (111). Clusters are made by sputtering and gas-condensation technique and CoO (111) layers are obtained by reactive sputtering. Single clusters measurements of the angular dependence of low-temperature switching field are performed using a microbridge DC superconducting quantum interference device (microSQUID). The recent improvements of this technique enabled us to perform the first magnetization curves on single nanoclusters. We present the structural and magnetic properties of cobalt and the first nickel-copper nanoclusters study covering the whole range of ferromagnetic compositions. Co clusters magnetic behaviour is well described by Stoner-Wohlfarth model, with the magnetization of bulk. Binary nickel-copper particles exhibit a low magnetization as compared to the bulk, that could be linked to their icosahedral structure and to the local environment of their surface atoms. The structural properties of CoO (111) layers were studied by X-ray diffraction. Combined with AFM observations, it is shown that those films have a structural and morphological anisotropy, partly attributed to a substrate miscut. We then present a magnetic study of F/AF exchange coupled system on clusters assembly and on individual nanoparticles by means of μSQUID magnetometry. We demonstrate that the AF spins are not rigid and the interaction yields on 'spin-flop' in CoO. The results show a preferred direction of coupling without field cooling.
Ce travail de thèse porte sur l'anisotropie d'échange dans les agrégats nanométriques de cobaltet d'alliage nickel-cuivre de 4-5 nm déposés sur des couches antiferromagnétiques CoO (111). Les agrégats étudiés sont élaborés par pulvérisation magnétron et condensation de vapeur d'atomes. La croissance de couchesde CoO (111) sur substrat saphir est réalisée par pulvérisation réactive. Des mesures sur particules uniques sont effectuées en utilisant la magnétométrie à μSQUID: Les développements récents de cette technique nous ont permis de réaliser pour la première fois des mesures de cycles d'aimantation sur particules uniques de quelquesnanomètres. Les propriétés magnétiques intrinsèques des agrégats sont d'abord étudiées. Les agrégats de cobalt ont un magnétisme de Stoner-Wohlfarth et présentent l'aimantation spécifique du massif. La première étude expérimentaledu magnétisme d'agrégats nanométriques nickel-cuivre couvrant l'ensemble des compositions ferromagnétiques est présentée. Ces particules ont une aimantation spécifique plus faible que dans l'alliage massif, ce qui pourrait être attribué d'une part à leur structure icosaédrique et d'autre part à l'influence de l'environnement local des atomes de surface. Des mesures de diffraction de rayons X 'haute résolution' sur les couchesCoO (111) déposées sur Al2O3 (0001) mettent en évidence la croissance en épitaxie dans la direction [111], une grande longueur de cohérence du réseau cristallin ainsi qu'une anisotropie structurale et morphologique, en partie liée à un miscut du substrat. Le couplage d'échange est étudié sur une assemblée de particules ainsi que sur particules uniques. Les résultats obtenus montrent que l'AF ne reste pas rigide, du fait d'un fort couplage avec une configuration detype 'spin-flop'. Une direction particulière de décalage d'échange est mise en évidence avec une état bistable dans l'AF lorsque le système est refroidi à champ nul.
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