Synthèses chimiques, transformation de phase et étude des propriétés magnétiques des nanoparticules de FePt et FePd

Chemical synthesis, phase transformation and magnetic proprieties of FePt FePd nanoparticles

• Auteur / Autrice : Anastasia Delattre
• Direction : Yves Edmond Samson, Peter Reiss
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nanophysique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Structure et propriétés d'architectures moléculaires (Grenoble2005?-2015)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Magnétisme nucléaire

Ligands

Nanoparticules

Résumé

Ce travail porte sur la compréhension de la synthèse par voie chimique de nanoparticules (NPs) de FePt et FePd, et sur la recherche de voies pour obtenir la phase cristalline L10, en évitant les phénomènes de coalescence associés au recuit thermique. En remplaçant l'oleylamine par l'hexadécanenitrile, les NPs de FePt de 3-4 nm ont une composition interne plus homogène. Par une étude systématique (plan d'expérience reposant sur les tables de Taguchi), nous avons développé la synthèse de NPs de FePd, en mettant en évidence l'impact de chaque ligand et du réducteur. Afin d'induire la transition de phase sans coalescence des NPs, nous avons exploré deux méthodes. Dans la première, nous proposons de générer les lacunes par l'irradiation par d'ions légers, leur diffusion étant permise par un recuit à température modérée (300°C). Nous observons, sans coalescence, un accroissement important de l'anisotropie magnétique des NPs, avec une température de blocage multipliée par 4. Cependant, l'ordre chimique élevé de la phase L10 n'est pas obtenu, ce que nous interprétons. Notre seconde approche repose sur la dispersion des NPs dans une matrice granulaire de NaCl avant le recuit à 700°C. L'ordre chimique et l'anisotropie magnétocristalline obtenues sont élevées, la température de blocage est supérieure à 400°C. Nous avons mis au point une méthode pour transférer ces NPs dans des solutions stables, aqueuses ou organiques. Ces NPs de très forte anisotropie sont maintenant disponibles pour des manipulations et l'auto-organisation. Elles ouvrent de nombreuses perspectives d'études fondamentales et d'applications (stockage de l'information, biologie. . . ).

This work aims at understanding the chemical synthesis of FePt and FePd nanoparticles (NPs), and at exploring how to implement the phase transformation from the chemically disordered to the L10 phase, without coalescence. Using hexadecanenitril instead of oleylamine, we obtain NPs with a more homogenous internal composition, instead of core-shell NPs. Through a systematic study (designed experiment relying on Taguchi tables), we developed the FePd synthesis, while evidencing the role of each ligand and of the reductor. To induce the crystalline phase transformation while avoiding coalescence, we explored two ways. In the first one, atomic vacancies are introduced in the NPs through light ion irradiation, atomic mobility being ensured by annealing at moderate temperature (300°C). As a result, the blocking temperature is multiplied by 4, due to anisotropy enhancement. However, strong chemical ordering in the L10 phase cannot be achieved. The second approach relies on the dispersion of the NPs in a salt (NaCl) matrix, prior to annealing at 700°C: high chemical ordering is achieved, and the blocking temperature is beyond 400°C. We then developed a single-step process to remove the salt by dissolution in water and to re-disperse NPs in stable aqueous or organics solutions. These high magnetic anisotropy NPs are then readily available for further chemical or manipulation steps, with applied perspectives in areas such as data storage, or biology.