Nanolignes de métaux de transition sur un gabarit d'argent nanostructuré : croissance auto-organisée et propriétés magnétiques

Transition metal nanolines on a nanopatterned silver substrate : self-organized growth and magnetic properties

• Auteur / Autrice : Michel Daher Mansour
• Direction : Laurence Masson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matière condensée et Nanosciences
• Date : Soutenance le 24/09/2019
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille (CINAM)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Berbezier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Romain Parret, Geoffroy Prévot, Olivier Fruchart
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David Martrou, Sylvie Rousset

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanostructures

Microscopie tunnel à balayage

Propriétés magnétiques

Mots clés libres

Surfaces

Croissance

Auto-Assemblage

Nanogabarit

Nanostructures unidimensionnelles

Propriétés magnétiques

Microscopie à effet tunnel (STM)

Dichroïsme magnétique circulaire des rayons x (XMCD)

Surfaces

Growth

Self-Assembly

Nanotemplate

One-Dimensional nanostructures

Magnetic properties

Scanning tunneling microscopy (STM)

X-Ray magnetic circular dichroism (XMCD)

Résumé

L'intérêt pour les propriétés magnétiques des nanostructures de métaux de transition et de lanthanides de faible dimensionnalité n’a cessé de croitre au cours des deux dernières décennies, tant pour leur intérêt en recherche fondamentale que pour la perspective d’applications technologiques. De manière remarquable, les propriétés magnétiques des nanostructures peuvent être ajustées en contrôlant leur géométrie, leur structure atomique et leur environnement chimique. Dans cette thèse, un gabarit 1D composé de nanorubans de Si auto-organisés est utilisé pour guider la croissance de nanolignes de métaux de transition dans le but d’étudier leurs propriétés magnétiques. La géométrie et la structure atomique des nanorubans de Si et des nanolignes de métaux ont été étudiées in situ par microscopie par effet tunnel. Concernant le silicium, notre étude montre qu’une température de 490 K est nécessaire pour obtenir un gabarit 1D hautement ordonné. Les résultats obtenus sur les métaux de transition ont permis de déterminer la géométrie et la structure des nanolignes. Pour accéder aux propriétés magnétiques des nanolignes de Co, des mesures par XMCD ont été effectuées en température, en utilisant différentes orientations du champ magnétique. Les résultats montrent que les deux premières couches de Co adsorbées sur les nanorubans présentent une réponse magnétique faible, tandis que les couches supérieures présentent une aimantation exaltée. Deux axes d’anisotropie dans le plan ont été mis en évidence. Les moments magnétiques et l'énergie d’anisotropie magnétique ont été déterminés quantitativement. Les études en température suggèrent un comportement superparamagnétique.

Interest in the magnetic properties of low dimensional transition metal and lanthanide nanostructures has seen an unprecedented rise in the last two decades due to both their fundamental interest and perspectives of technological applications. Remarkably, the magnetic properties of nanostructures can be tuned by controlling their geometry, atomic structure and chemical environments. In this thesis, a one-dimensional template composed of self-organized Si nanoribbons is used to grow transition metal nanolines, prior to the characterization of their magnetic properties. The geometries and the atomic structure of both the Si nanoribbons and the metal nanolines were investigated in situ by scanning tunneling microscopy. The growth mechanisms were investigated by exploring a large set of growth conditions. Regarding the Si growth, our study shows that a temperature of 490 K is necessary to obtain a long-range ordered one-dimensional template. Concerning the transition metal study, the results resolved the nanoline geometries and atomic structures.To access the magnetic properties of the Co nanolines on Si, XMCD measurements were performed using different magnetic field orientations and temperatures.The results show that the first two Co layers directly adsorbed onto the Si nanoribbons present a weak magnetic response while the upper Co layers exhibit an enhanced magnetization. Remarkably, two in-plane easy axes of magnetization were evidenced.The magnetic moments and the magnetic anisotropic energy are determined quantitatively.Temperature-dependent investigations strongly suggest a superparamagnetic behavior.