Institut des
NanoSciences de Paris
insp
insp
2.jpg

Soutenance de thèse de Xiaorong Weng - Jeudi 12 septembre 2019 à 14 h

Xiaorong Weng, doctorante dans l’équipe Croissance et propriétés de systèmes hybrides en couches minces de l’INSP, soutient sa thèse le jeudi 12 septembre 2019 à 14 h.

INSP - Sorbonne Université - 4 place Jussieu - 75005 Paris - Barre 22-23, 3e étage, salle 317

Nanofils de CoxNi1−x epitaxiés dans une matrice de SrTiO3 : croissance, structure et contrôle de l’anisotropie magnétique

Résumé

Cette thèse décrit l’étude de l’auto-assemblage de nanofils ferromagnétiques de CoxNi1−x épitaxiés dans une matrice de SrTiO3 sur un substrat de SrTiO3 (001). Ce système est élaboré par ablation laser pulsé. Profitant du dépôt séquentiel des fils et de la matrice, le diamètre des nanofils est contrôlé dans la gamme de 1,7 à 5,3 nm. En raison du désaccord de paramètre de maille entre les fils et la matrice, les nanofils sont dilatés axialement. Cette déformation décroît lorsque le diamètre des fils augmente, elle se situe dans la gamme de 2-4%. Une déformation importante est donc obtenue dans ces structures nanocomposites alignées verticalement.

L’anisotropie magnétique des nanofils résulte de la compétition des anisotropies magnétostatique et magnétoélastique. L’effet magnétostatique favorise un axe d’aimantation facile le long de l’axe des fils. La contribution magnétoélastique introduite par la déformation dépend de la constante de magnétostriction et de la déformation. Elle est uniaxiale, négative pour Ni et positive pour une concentration de Co d’environ 20% et plus. Sous une déformation supérieure à 0,8% (déterminée par la compensation des anisotropies magnétostatique et magnétoélastique), l’anisotropie magnétoélastique prédomine, faisant de l’axe des fils un axe d’aimantation dur dans le cas du Ni. Pour les nanofils d’alliage CoxNi1−x, la grande déformation renforce le caractère facile de l’axe des fils. Il en résulte une augmentation de la température de blocage par rapport à la température ambiante, indiquant une augmentation de la stabilité thermique de l’aimantation dans ce système. Une étude spectroscopique des moments magnétiques de spin et d’orbite met en évidence le fait que l’anisotropie du moment orbital peut être corrélée à l’anisotropie magnétoélastique. Le contrôle de l’anisotropie magnétique par la déformation ou le diamètre est un bon point de départ pour la construction de structures nanomagnétiques 3D.

Epitaxial CoNi nanowires in SrTiO3 matrix : growth, structure and control of magnetic anisotropy

Abstract

This thesis describes the study of self-assembled epitaxial ferromagnetic CoxNi1−x nanowires in SrTiO3 matrix deposited on SrTiO3(001) substrate. This system is grown by pulsed laser deposition. Taking advantage of the sequential deposition of wires and matrix, the diameter of nanowires is controlled in the 1.7-5.3 nm range. Due to the lattice mismatch between wires and matrix, nanowires are in tensile axial strain. The tensile strain decreases with increasing diameter and is in the 2-4% range. Large strain is thus achieved in this vertically aligned nanocomposite structure.

The total magnetic anisotropy of the nanowires is shown to result from the competition of the magnetostatic and magnetoelastic anisotropies. The magnetostatic effect favors an easy magnetization axis along the wire axis. The magnetoelastic contribution introduced by the tensile strain depends on the magnetostriction constant and the strain. It is uniaxial, negative for Ni and positive for Co concen- tration of about 20% and above. Under a strain larger than 0.8% (determined by the compensation of the magnetostatic and magnetoelastic anisotropies), the magnetoelastic anisotropy dominates in magnitude the magnetostatic one, leading the wire axis to be a hard magnetization axis for Ni. For CoxNi1−x alloy nanowires, the large strain reinforces the easy character of the wire axis. This results in the enhancement of the blocking temperature over room temperature, indicating the increased ther- mal stability of magnetization in this system. A spectroscopic study of the spin and orbital magnetic moments evidences the fact that the anisotropy of the orbital moment can be correlated with the magnetoelastic anisotropy. The control of the magnetic anisotropy by the strain or the diameter is a good starting point for the construction of 3D nanomagnetic structures.

Jury

  • Mme. ANDREAZZA Caroline, ICMN-Université d’Orléans, rapportrice
  • M. HAUET Thomas, IJL-Université de Lorraine, rapporteur
  • Mme. DUPUIS Véronique, ILM-CNRS, examinatrice
  • M. MENGUY Nicolas, IMPMC-Sorbonne Université, examinateur
  • M. ZHENG Yunlin, INSP-CNRS, co-directeur de thèse
  • M. VIDAL Franck, INSP-Sorbonne Université, directeur de thèse