EMA — Nanofils magnétiques en matrice

La recherche sur la croissance, les propriétés physiques et l’intégration dans des dispositifs fonctionnels de nanofils (NF) ferromagnétiques (FM) s’est intensifiée ces dernières années. Leur aspect (diamètre de 10-100 nm, longueur pouvant dépasser 1 micron) confère aux NF des propriétés magnétiques originales, dominées par des effets de forme. Ces nano-objets pourraient ainsi être utilisés comme briques de base dans des dispositifs de stockage de l’information. Ils sont également intéressants dans le domaine de la spintronique : la structuration le long de leur axe (NF Co/Cu/Co, par exemple) a permis de mettre en évidence des effets de magnéto-résistance géante (GMR). Malgré les perspectives offertes par de tels objets, il reste encore des verrous à lever en vue de leur utilisation dans des dispositifs, comme par exemple leur intégration dans des hétérostructures fonctionnelles épitaxiales. Franchir une telle étape permettrait d’envisager des études originales en nano-spintronique. Des progrès peuvent également être réalisés sur la réduction de taille des NF, par le choix de la technique d’élaboration. Les méthodes utilisées le plus couramment permettent difficilement de réduire leur diamètre en dessous de ~5-7 nm. L’étude des propriétés magnétiques dans la gamme de dimensions 1-5 nm est novatrice et s’avère très excitante. Les méthodes courantes utilisées pour élaborer des assemblées de nanofils consistent à remplir les pores d’un gabarit avec un matériau ferromagnétique. Le gabarit est constitué de polymères ou d’alumine poreuse et le remplissage des pores s’effectue le plus souvent par électro-déposition. Ces techniques d’élaboration permettent notamment d’obtenir des assemblées de nanofils relativement ordonnées, des longueurs de fils élevées (supérieures au micron) ainsi que des nanofils hybrides, constitués d’empilements alternés de deux métaux (e.g. Co/Cu pour la GMR). Cependant, elles présentent certaines limitations : le diamètre des fils est supérieur à ~5-7 nm ; la densité des fils est assez élevée ; l’intégration épitaxiale est difficile. Nous avons démontré récemment la possibilité d’obtenir des assemblées de nanofils ferromagnétiques de diamètre très faible (3 nm). Ces NF se forment spontanément durant la croissance de couches épitaxiales de CeO2 contenant du cobalt déposées par ablation laser pulsée (PLD, pulsed laser deposition) sur SrTiO3(001). Ces résultats préliminaires prometteurs constituent le point de départ de ce projet. Etant donné ce contexte, les objectifs poursuivis par ce projet sont : -Elaborer des nanofils ferromagnétiques de diamètre compris entre 1 et 5 nm et étudier leurs propriétés électriques et magnétiques. Dans cette gamme de dimensions, le diamètre des nanofils est comparable ou plus petit que des longueurs physiques caractéristiques comme le diamètre critique de retournement par rotation cohérente ou la largueur des parois de domaine. Ceci fait des NF des objets très intéressants pour des études originales de nanomagnétisme. -Valider des stratégies d’intégration des nanofils dans des hétérostructures épitaxiales en vue de leur utilisation ultérieure en nano-spintronique. Ceci impliquera à la fois des études de croissance et de traitements post-croissance, comme par exemple : déterminer la stabilité des NF sous traitement oxydant et modifier leur aspect par des traitements thermiques (transformation d’un fils en chaîne de clusters via l’instabilité de Rayleigh ?).