Nanostructures magnétiques auto-organisées: le cas du cobalt sur les surfaces vicinales de l'or (111)
Résumé
The experimental study of nanostructures is one field of great interest in actual solid state physics since nanostructures are expected to exhibit some new structural and physical properties. Vicinal surfaces consisting in a regular array of atomic steps give the opportunity either to obtain a 1D nanostructured substrates or to stabilize some surface reconstructions to provide 2D long-range ordered nanopatterned substrates. We first present a complete study of the organized growth of cobalt nanodots on reconstructed vicinal gold substrates. A variable temperature tunnel microscopy study coupled to multi-scaled simulations allows us to elucidate the atomic mechanisms of the organized growth. We perform magneto-optical measurements on these cobalt nano-dots in order to study their super-paramagnetism behavior and to determine their magnetic anisotropy. In a second time we point out the dramatic effect of the atomic steps on the cobalt layer structure. We perform grazing incidence X ray diffraction to characterize the structure of ultra-thin cobalt films deposited on gold vicinal substrate with a high density of steps. In the frame of a probabilistic model of stacking faults we interpret these measurements and conclude to a face centered cubic structure for the cobalt films. The magnetic properties of these cobalt layers reveal a modified magnetic anisotropy that we link to their structure and to the vicinality of the substrate.
La croissance et l'étude des propriétés des nano-structures magnétiques est un enjeu important du point de vue fondamental et technologique. De par leur taille, les nano-structures sont susceptibles de présenter des structures et des propriétés magnétiques nouvelles. Les surfaces vicinales permettent de maîtriser la densité et la direction des marches atomiques et constituent des substrats nano-structurés à 1D. L'auto-organisation sur les surfaces cristallines fournit des substrats avec des nano-structurations que l'on peut combiner à un réseau de marches pour stabiliser un ordre 2D à grande distance. Une étude STM à température variable et des simulations numériques nous permettent d'étudier la croissance organisée de nano-plots de cobalt sur des substrats vicinaux d'or reconstruits et de déterminer les mécanismes atomiques responsables de l'organisation de la croissance. Sur ces nano-particules mono-disperses nous menons des mesures magnétiques par effet Kerr magnéto-optique MOKE. Nous caractérisons ainsi le super-paramagnétisme des nano-plots de cobalt et nous en mesurons l'énergie d'anisotropie. Dans un second temps nous étudions les modifications structurales induites par les marches pour des films de cobalt déposés sur des substrats d'or vicinaux. Nous présentons des mesures de diffraction des rayons X interprétées dans le cadre d'un modèle probabiliste d'empilement de plans (111). Nous déterminons précisément la structure des films minces et montrons qu'ils présentent une structure cubique à faces centrées. Le magnétisme de ces couches de cobalt mesuré par MOKE révèle des propriétés d'anisotropie magnétique liées à leur structure cubique et à la vicinalité de l'interface.