Magnetic iron and cobalt arborescences obtained by electrochemical deposition
Arborescences magnétiques de fer et de cobalt élaborées par électrodéposition
Résumé
Magnetic arborescences of iron and cobalt were grown by electrochemical deposition in a thin cell. Only two morphologies were obtained, one ‘dense' with many branches at low concentration and one ‘sparse' with few thick branches at high concentration. The effect of a magnetic field on the growth is studied. In vertical field, perpendicular to the cell, the morphology of the deposits is not spiraling like in the case of non magnetic metals. A change of the morphology is however observed, stronger at high concentration. In horizontal field, at high concentration, the deposit grows in the direction of the field. In the case of iron at low concentration, the morphology change from isotropic and circular in zero field to rectangular in finite field. This symmetry breaking is explained as resulting from a selection of the orientation of the branches, associated with a minimization of the dipolar energy of the growing branches. TEM observations show that at nanometric scale the branches are single crystalline dendrites, the growth being realized without or in horizontal magnetic field. However, the vertical field effects appear at that scale as a distortion of the cubic cell in the case of iron and a flip of the c axis of the hexagonal cell in the case of cobalt. Magnetic properties of the arborescences show different magnetic behaviors for the dense and sparse arborescences. Dense arborescences show a behavior akin to that of ‘fine grains' while the sparse arborescences are not too different from the bulk material. These behaviors can be interpreted as resulting from a large size distribution of the branches. Finally, a new technique consisting in the deposition of a thin gold layer on one of the glass plates of the cell was used. Iron arborescences were thus obtained. The growth is not anymore dendritic and the magnetic behavior is modified.
Ce travail concerne la croissance d'arborescences magnétiques de fer et de cobalt par électrodéposition en cellule mince. Seules deux morphologies sont obtenues, une dense avec de nombreuses branches à faible concentration et une ramifiée avec moins de branches à forte concentration. L'effet d'un champ magnétique sur la croissance est étudié. En champ vertical, contrairement aux métaux non magnétiques, la morphologie des dépôts de fer et de cobalt ne spirale pas. Un changement de morphologie est toutefois observé, plus prononcé à forte concentration. En champ horizontal, à forte concentration, les morphologies observées sont allongées dans la direction du champ. Pour le fer à faible concentration, la morphologie isotrope et circulaire en l'absence du champ devient d'une manière surprenante rectangulaire sous champ. Ce changement s'explique par une sélection de la direction de croissance des branches, résultant des interactions dipolaires entre les branches aimantées et des branches avec le champ. Des observations en TEM montrent qu'à l'échelle nanométrique les branches sont des dendrites monocristallines, que la croissance aie lieu sans champ ou sous champ horizontal. Par contre l'effet d'un champ vertical se manifeste à cette échelle par une distorsion de la maille cubique dans le cas du fer et un basculement de l'axe c de la maille hexagonale dans le cas du cobalt. Les propriétés magnétiques des arborescences révèlent des comportements différents pour les arbres denses et ramifiés. Les premiers ont un comportement de type ‘grains fins' tandis que les seconds sont plus proches du matériau massif. Ces comportements peuvent s'interpréter comme résultant d'une large distribution de la taille des branches. Enfin, une nouvelle technique consistant à déposer une fine couche d'or sur une des lames de verre de la cellule a permis l'obtention d'arborescences adsorbées de fer. La croissance n'est alors plus dendritique et le comportement magnétique en est modifié.