Magnétisme et propriétés de transport de couches d'agrégats coeur-coquille Co/CoO

par Georgiana Irina Groza

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Robert Morel et de Ariel Brenac.

Soutenue le 05-06-2012

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec Service de Physique des Matériaux et des Microstructures (équipe de recherche) .

Le président du jury était Herve Courtois.

Le jury était composé de Ariel Brenac, Sylvie Begin-colin.

Les rapporteurs étaient Veronique Dupuis, Julian Carrey.


  • Résumé

    L'étude de cette thèse est focalisée sur la compréhension des caractéristiques du transport dans des systèmes granulaires cœur - coquille (cobalt - cobalt oxyde). Nous avons étudié le comportement magnétique et de transport de notre système granulaire ferromagnétique/antiferromagnétique. Les agrégats de cobalt de 4 nm sont fabriqués par une source à pulvérisation magnétron et condensation en phase vapeur. Lorsque les agrégats sont oxydés pendant le dépôt ils adoptent une géométrie en cœur – coquille avec un cœur icosaédrique et une coquille CoO de structure cfc. Après le dépôt, les agrégats sont caractérisés par différentes méthodes. In situ, elles sont caractérisées en fonction de la quantité déposée par le spectromètre à temps vol. Ex situ, elles sont analysées par le SQUID (mesure magnétique) et par les mesures de transport. Plusieurs caractéristiques de nos échantillons ont été mises en évidence lors de l'analyse magnétique. Trois propriétés magnétiques nous intéressent principalement. La première est le couplage d'échange F/AF, étudié sur l'ensemble des agrégats de cobalt avec différents pourcentages d'oxydation (entre 33% de CoO et 95% de CoO). Nous avons constaté que l'effet maximum est obtenu pour l'échantillon le plus oxydé à cause de l'augmentation de la coquille d'oxyde. La deuxième propriété magnétique concerne la présence d'un superparamagnétisme modifié par l'interaction d'échange entre le cœur et la coquille. La troisième est l'effet de traînage qui se manifeste le plus souvent par une diminution du décalage d'échange et du champ coercitif après plusieurs mesures successives. Ce phénomène est dû à une instabilité de la configuration magnétique obtenue lors du refroidissement sous champ mais il est cependant difficile d'identifier l'origine exacte. Les propriétés de transport de notre système sont mises en évidence par l'étude de la résistivité, de la magnétorésistance et de la résistance du Hall en fonction de la température et du champ magnétique appliqué. La variation de la résistivité avec la température présente un minimum et qu'elle varie très peu avec la température. Ce comportent est typique des systèmes transitoires, se situant entre le régime métallique et le régime isolant. La faible magnétorésistance varie très peu avec la température. Son amplitude ne dépasse pas 0.1% dans tous les alliages granulaires mesurés. Le système étudié est caractérisé par une résistivité de Hall extraordinaire positive à toutes les températures de mesure.

  • Titre traduit

    Magnetism and transport properties of Co-CoO core-shell clusters thin films


  • Résumé

    This study is focused on understanding the transport properties of granular systems core - shell with emphasis on cobalt - cobalt oxide materials. We studied the magnetic and transport behavior of our granular system ferromagnetic/ antiferromagnetic. The cobalt clusters of 4 nm are obtained by a magnetron sputtering source and vapor phase condensation. The clusters oxidized during deposition adopt a core – shell geometry with icosahedra core and a fcc structure of CoO shell. After deposition, the clusters are characterized by different methods. In situ, they are characterized in terms of the amount of matter deposited by time flight spectrometer. Ex situ, they are analyzed by the SQUID (magnetic measurement) and transport measurements. Several characteristics of our samples have been identified during the magnetic analyses. Three magnetic properties are mainly interest. The first is the exchange bias F/AF, studied on the cobalt clusters with different oxidation percentages (between 33%CoO and 95% of CoO). We found that the maximum effect is obtained for the the oxidized samples due to the increased oxide shell size. The second magnetic property is the presence of superparamagnetism modified by the exchange interaction between the core and the shell. The third is the training effect shown often by a decrease in the exchange bias and coercive field after several successive measurements. This might be attributed to the instability of the magnetic configuration obtained upon cooling under a field, but it is difficult to identify the exact origin. The transport properties of our system are underlined by the study of the resistivity, magnetoresistance and Hall resistance as a function of temperature and applied magnetic field. The variation of resistivity with temperature shows a minimum. In the same time this variation is small as a function of the temperature. This behavior is associated with the transition systems which are found between the metallic and insulator regime. The variation of the magnetoresistance with temperature is small. Its amplitude does not exceed 0.1% in all granular alloys measured. The studied system is characterized by a positive extraordinary Hall resistivity at all temperatures of measurement.


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