Spintronics in cluster-assembled nanostructures
Spintronique dans des assemblées de nanoparticules
Résumé
In the last years, the progressive miniaturization of magnetic storage devices has imposed the necessity to understand how the physical properties are modified with respect to the bulk when the dimensions are reduced at the nanometric scale. For this reason an accurate method of preparation and characterization of nanostructures is extremely important. This work focuses on the magnetic and transport properties of cluster-assembled nanostructures, namely cobalt nanoparticles embedded in copper matrices. Our setup allows us to independently control the mean cluster size, the concentration and the chemical composition. The cobalt cluster production is based on magnetron sputtering and gas phase aggregation. The performance of the source permits a wide range of cluster masses, from one to several thousand atoms. As a first step we studied the role of inter-particle interactions in the transport and magnetic properties, increasing the cobalt nanoparticle concentration (from 0.5% to 2.5% and 5%). Our results demonstrate the necessary precautions and constitute a solid basis for further studies of the spintronic properties of granular systems. Finally, in order to describe the intrinsic magnetic properties of cluster-assembled nanostructures, we prepared strongly diluted samples (_0.5%) for different cluster sizes from 1.9 nm to 5.5 nm. We found that the magnetic properties are size-dependent. Using a complete magnetic characterization, sensitive to the change in the effective magnetic anisotropy, we show that the magnetic anisotropy is dominated by the contributions of the surface or of the shape of the nanoparticles
Dans les dernières années, la miniaturisation progressive des dispositifs de stockage magnétique a rendu nécessaire de comprendre comment les propriétés physiques sont modifiées par rapport à l'état massif lorsque les dimensions sont réduites à l'échelle nanométrique. Pour cette raison, une méthode précise de préparation et caractérisation de nanostructures est extrêmement importante. Ce travail se concentre sur les propriétés magnétiques et de transport de nanoparticules de cobalt incorporées dans des matrices de cuivre. Notre dispositif expérimental nous permet de contrôler indépendamment la taille moyenne des agrégats, la concentration et la composition chimique. La production des agrégats de cobalt est basée sur la pulvérisation cathodique et l'agrégation dans la phase gazeuse. Cette source permet de produire des agrégats dans une large gamme de taille, de un à plusieurs milliers d'atomes. Dans un premier temps, nous avons étudié le rôle des interactions entre particules dans les propriétés de transport et magnétiques, en augmentant la concentration des nanoparticules de cobalt (à partir de 0.5 % à 2.5 % et 5 %). Nos résultats démontrent les précautions nécessaires et constituent une base solide pour de futures études sur les propriétés spintroniques des systèmes granulaires. Dans le but de décrire les propriétés magnétiques intrinsèques d'agrégats, nous avons préparé des échantillons fortement dilués (_0.5%) pour différents diamètres d'agrégats de 1.9 nm à 5.5 nm. Nous avons constaté que les propriétés magnétiques sont dépendantes de la taille. L'utilisation d'une caractérisation magnétique complète, sensible à la variation de l'anisotropie magnétique efficace, nous montre que l'anisotropie magnétique est dominée par les contributions de la surface ou de la forme des nanoparticules
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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