Les travaux réalisés lors de cette thèse ont pour but la caractérisation magnétique et structurale de réseaux ultra denses de nanofils monocristallins de cobalt en phase hcp avec l’axe c parallèle à l’axe des nanofils. Ces réseaux sont obtenus par une méthode physico-chimique dite croissance hybride. La partie physique consiste en l’élaboration de film mince de platine monocristallins epitaxié sur un substrat de saphir. Ce film mince de platine sert ensuite de support à la synthèse organométallique des nanofils de cobalt dont la nucléation est épitaxiée sur le film de platine. Le nanomatériau obtenu est un réseau de nanofils monocristallins de Co verticaux épitaxiés sur le film de platine, de diamètres de 6 à 15nm et enrobés d’une fine couche de ligands organiques permettant de les séparer chimiquement et physiquement. La cristallinité des nanofils induit une forte anisotropie perpendiculaire au réseau faisant émerger des propriétés physiques qui pourraient répondre au cahier des charges pour constituer des média magnétiques à haute capacité.
Le manuscrit s’organise en quatre parties. Il convient dans un premier temps d’exposer une revue de la littérature ainsi que les modèles théoriques et analytiques décrivant le comportement magnétique d’un nano-cylindre isolé puis d’un réseau hexagonal compacte de nano-cylindres. La méthode de magnétométrie utilisée pour caractériser ces réseaux est appelée méthode FORC. Cette méthode demande un traitement du signal important et non trivial amenant à des résultats, appelés diagrammes FORC, riches en informations mais difficilement interprétables. C’est pourquoi le chapitre II est consacré à la description de la méthode FORC appliquée aux assemblées d’hystérons. De par sa reproductibilité, la synthèse physico-chimique est un point critique de cette étude qui est détaillée dans le chapitre III. La magnétométrie FORC appliquée à deux familles d’échantillons synthétisés est exposée dans le chapitre IV. Cette investigation a demandé d’être soutenue par des simulations micromagnétiques afin d’appuyer les hypothèses formulées lors de l’interprétation des diagrammes FORC. Nous avons choisi de présenter une famille en très bon accord avec les modèles théoriques exposés dans le chapitre I, puis une seconde famille présentant un changement de comportement provoqué lors de la diminution de la température et nécessitant l’ajout d’une interaction magnétisante non prise en compte par les modèles analytiques et théoriques.
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The work carried out during this thesis aims at the magnetic and structural characterization of ultra-dense arrays of monocrystalline cobalt nanowires in the hcp phase with the c axis parallel to the nanowires axis. These arrays are obtained by a physicochemical method called hybrid growth. The physical part aims the elaboration of monocrystalline platinum thin film epitaxied on a sapphire substrate. This platinum thin film is then used to support the organometallic synthesis of cobalt nanowires which nucleated on the platinum film. The nanomaterial obtained is an array of vertical Co nanowires epitaxially grown on the platinum film, with diameters of 6 to 15 nm and coated with organic ligands. The crystallinity of the nanowires induces a strong anisotropy perpendicular to the network, giving rise to physical properties that could meet the specifications to constitute magnetic media with high capacity.
The manuscript is organized in four parts. First, a review of the literature as well as theoretical and analytical models describing the magnetic behavior of an insulated nano-cylinder and by a hexagonal array of nano-cylinders is required. The magnetometry method used to characterize these arrays is called the FORC method. This method requires an important and nontrivial signal processing leading to results, called FORC diagrams, rich in information but difficult to interpret. This is why the chapter II is devoted to the description of the FORC method applied to hysterons assemblies. Because of its reproducibility, the physico-chemical synthesis is a critical point of this study which is detailed in Chapter III. FORC magnetometry applied to two families of synthesized samples is described in Chapter IV. This investigation required support from micromagnetic simulations to support the assumptions made in the interpretation of FORC diagrams. We chose to present a family in very good agreement with the theoretical models exposed in chapter I, then a second family presenting a change of behavior caused during the decrease of the temperature and requiring the addition of a magnetizing interaction not taken into account by analytical and theoretical models.
Key words: nanowires, magnetization reversal, magnetic nanowires network, magnetic microstructures, magnetic domains, FORC, collective behavior, Preisach-Krasnoselskii model, irreversible processes, micromagnetic simulations.
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