Synthèse et modication de nanocomposites silice-métal par irradiation ionique

Synthesis and modifications of metal-silica nanocomposites by ion irradiation

• Auteur / Autrice : Fouran Singh
• Direction : Jean-Claude Pivin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Magnétisme

Nanoparticules

Bombardement ionique

Mots clés libres

Résonances plasmoniques

Résumé

La nucléation de nanoparticules métalliques dans des verres ou la silice sous l’effet des excitations électroniques générées par irradiation ionique et la modification de forme, taille de ces nanoparticules ont été étudiées en fonction de la densité d’énergie déposée par les ions et de la concentration de métal. Il a été montré que la faible densité d’excitations produite par des ions de quelques MeV suffit à précipiter des métaux nobles dans un verre ou des métaux de transitions dans une matrice de gel de silice. La cinétique de précipitation a fait l’objet d’une modélisation. Une irradiation avec des ions plus énergétiques est nécessaire pour réduire des métaux oxydables tels que le fer dans une matrice de silice parfaitement stoechiométrique. Elle s’avère plus efficace que des traitements thermiques en atmosphère réductrice à haute température et la nanostructure présente des caractéristiques plus intéressantes pour l’enregistrement magnétique: notamment la distribution étroite de tailles des particules et leur alignement le long des traces des ions. Selon la concentration de particules préexistant à l’irradiation et leur taille, une dissolution, ou une croissance ou encore une élongation parallèle aux traces est observée dans les composites. Ces processus ont été expliqués sur la base de calculs des échanges thermiques dans le système au cours de l’échauffement transitoire produit par couplage entre phonons et électrons. Un autre processus, dit de martelage, est responsable des modifications d’anisotropie magnétique de films contenant des concentrations limitées de Fe ou FePt.

The nucleation of metal nanoparticles in silica or glasses under the effect of electronic excitations produced by ion irradiation and the modifications of particles size or shape were investigated for different energy densities and metal concentrations. It was shown that low densities of excitations generated by ions of a few MeV are sufficient for precipitating noble metals in glasses or transition metals in a silica gel. A model was proposed for explaining the precipitation kinetics. Irradiation with more energetic ions is necessary for promoting the reduction of oxidable elements as Fe in a stoichiometric silica matrix. It proves more efficient than heat treatments in a reducing atmosphere at high temperature and the obtained nanostructure is more interesting for the magnetic recording of information because of the narrow size distribution of the particles and of their alignment parallel to ion tracks. Depending on the concentration and size of the particles before irradiation, a dissolution or a growth or an elongation parallel to the tracks is observed in composites. These processes have been explained on basis of calculations of the thermal exchanges during the transient thermal spike resulting from electron-phonon coupling. Another process, the hammering of the matrix, is responsible of the modification of magnetic anisotropy of films containing limited concentrations of Fe or FePt particles.