Étude de l'interdiffusion et de l'oxydation dans des systèmes magnétiques

Study of interdiffusion and oxydation in magnetic systems

• Auteur / Autrice : Matthieu Salou
• Direction : Bruno Rouvellou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des matériaux
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Brest

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxydation électrochimique

Matériaux nanostructurés

Magnétochimie

Matériaux magnétiques

Mots clés libres

Profil de concentration

Interdiffusion

Interface

Aluminure de nickel

Permalloy

Oxydation

Cinétique d'adsorption

Ségrégation

Xps

Ups

Exes

Drx

Vsm

Rfm

Meb

Résumé

Au cours de cette thèse, nous avons développé une expérience de spectroscopie XPS « depth profile » qui permet d’analyser les propriétés physico-chimiques des surfaces et interfaces des nanostructures magnétiques élaborées au LMB. Afin d’explorer les possibilités offertes par cette technique, complémentaire de celles existant au laboratoire, nous avons mené deux types d’études. Nous nous sommes ainsi intéressé au phénomène d’interdiffusion dans des multicouches Al/Ni. Ce phénomène peut se produire lors de la phase d’élaboration et/ou au cours d’une procédure de traitement thermique. Nous avons pu mettre en évidence que l’interdiffusion commence dès le dépôt des multicouches et conduit à la formation d’une phase amorphe Al3Ni. Le traitement thermique des multicouches se traduit par la formation d’aluminures de nickel de plus en plus riches en nickel. Parallèlement, nous avons étudié l’oxydation du Permalloy (i) sous vide à température ambiante, et (ii) sous air à haute température. Sous vide et à température ambiante, le processus d’oxydation d’un film de Permalloy débute par la chimisorption dissociative de l’oxygène sur la surface ; finalement, une couche d’oxydes d’épaisseur inférieure au nanomètre est constituée. La nature des oxydes formés a été déterminée; aucune trace d’oxydation préférentielle d’un des deux éléments n’a été observée. Le traitement thermique sous air du Permalloy sous forme de film mince ou sous sa forme massive donne lieu à une oxydation préférentielle et à une ségrégation en fer de la surface.

Within the framework of this PhD work, we developed a XPS depth profile experiment in order to analyse the physico-chemical properties of the surfaces and interfaces of magnetic nanostructures elaborated in the LMB laboratory. To gain more insight into capabilities of this technique which is complementary to those in current use in our laboratory, we carried out two different types of investigations. We thus focused on the interdifflision phenomenon in Al/Ni multilayers. This phenomenon is hable to take place during deposition process and/or heat treatment. We showed that interdiffusion starts from multilayers deposition and results in the formation of an amorphous Al3Ni phase. The heat treatment leads to the formation of Ni-richer and richer nickel aluminides. In parallel, we studied the Permalloy oxidation (i) under vacuum at room temperature, and (ii) in air at high temperature. Under vacuum and at room temperature, the oxidation of a Permalloy film starts with the dissociative oxygen chemisorption on the surface; finally, a nano-oxide layer of less than 1 nm in thickness is formed. The nature of the produced oxides was determined ; no preferential oxidation of one of the elements was shown. The heat treatment in air of Permalloy thin film or Permalloy bulk leads to preferential oxidation and iron segregation at the surface.