Thomas Tran © INSP – Cécile Duflot
Thomas Tran, doctorant dans l’équipe Croissance et propriétés de systèmes hybrides en couches minces, soutient sa thèse le jeudi 19 janvier 2023 à 14 h.
Sorbonne Université – Campus Pierre et Marie Curie – 4 Place Jussieu – 75005 Paris – IMPMC – Barre 22-23 – 4e étage – Salle de conférences 401
Nanocomposites magnétiques hybrides : croissance, épitaxie et étude des propriétés magnéto-optiques
Cette thèse porte sur la croissance et l’étude expérimentale de couches minces de nanocomposites de Au-Co0.8Ni0.2-SrTiO3. Ces nanocomposites hybrides sont composés de métaux noble (Au) et de transition 3d (Co0.8Ni0.2), et ainsi associent propriétés optiques et magnétiques. Ils pourraient donc constituer des systèmes modèles pour l’études des phénomènes magnétiques photo-induits. Les échantillons ont été auto-assemblés par ablation laser pulsée séquentielle en tirant parti de la séparation de phase. Les nanofils (NWs) de Au ont été tout d’abord étudiés pour prouver leur auto-assemblage dans une matrice de SrTiO3. Les couches minces de nanocomposites de Au-Co0.8Ni0.2-SrTiO3 ont été par la suite déposésen suivant une procédure en deux étapes. Dans cette thèse, nous présentons une étude approfondie dela structure et des propriétés optiques, magnétiques et magnéto-optiques de ces échantillons. L’étudedes propriétés optiques des couches minces de nanocomposites de Au-SrTiO3 montre que les Au NWssupportent des résonances plasmoniques à des longueurs d’onde visible et proche-infrarouge. Lastructure a été étudiée par microscopie électronique en transmission, spectromicroscopie et diffractiondes rayons X. Un diamètre des nanofils de 3 à 7 nm est mesuré sur les images de microscopie électronique en transmission. La séparation de phase entre Au et Co0.8Ni0.2 est confirmée parspectromicroscopie. Nous avons conduit des expériences de diffraction des rayons X par rayonnementsynchrotron et avons mis en évidence une déformation axiale de ≈ 5 % dans les Co0.8Ni0.2 NWs. De plus,des anneaux de diffusion en dehors de l’angle de Bragg ont été observés sur les cartographies de l’espace réciproque et nous les avons corrélés au facteur de forme des échantillons. Des informationsquantitatives ont été extraites de la diffusion en dehors de l’angle de Bragg. La réponse magnétique descouches minces de nanocomposites hybrides est anisotrope, avec un axe facile d’aimantation le long dulong axe des nanocomposites. Un champ coercitif hors plan de ≈ 1 T est mesuré à 10 K dans leséchantillons. Ce champ coercitif conséquent révèle une exaltation de l’anisotropie, causée parl’anisotropie magnéto-élastique reliée à la forte déformation axiale. Les dynamiques photo-induites del’aimantation ont été mesurées par effet magnéto-optique Kerr pompe-sonde résolu en temps. Unedésaimantation sub-picoseconde a été sondée dans les nanocomposites magnétiques avec un bonrapport signal sur bruit. Cette observation préliminaire dans des nanocomposites ouvre ainsi la voie àde futures études sur les phénomènes magnétiques photo-induits.
Hybrid magnetic nanocomposites: growth, epitaxy and study of the magneto-optical properties
This thesis reports the growth and the experimental study of Au-Co0.8Ni0.2-SrTiO3 nanocomposite thinfilms. These hybrid nanocomposites are made of noble (Au) and 3d transition metals (Co0.8Ni0.2), andthus combine optical and magnetic properties. They could therefore be model systems for the study of photo-induced magnetic phenomena. Samples were self-assembled by sequential pulsed laserdeposition leveraging phase separation. Au nanowires (NWs) were first explored to demonstrate theirself-assembly in a SrTiO3 matrix. Au-Co0.8Ni0.2-SrTiO3 nanocomposite thin films were then grown using a two-step procedure. In this work, we present an extensive study of the structure and the optical,magnetic and magneto-optical properties of these samples. The study of the optical properties of Au-SrTiO3 nanocomposite thin films shows that Au NWs sustain plasmonic resonances at visible and near-infrared wavelengths. The structure was investigated by transmission electron microscopy,spectromicroscopy and x-ray diffraction. A diameter of the nanowires ranging from 3 to 7 nm wasmeasured from transmission electron microscopy images. Phase separation between Au and Co0.8Ni0.2was confirmed by spectromicroscopy. We carried out x-ray diffraction experiments using synchrotronradiation and evidenced an axial strain of ≈ 5 % in the Co0.8Ni0.2 NWs. Furthermore, off-Bragg scatteringrings were observed in the reciprocal space mappings and we linked them to the form factor of thesamples. Quantitative information on the structure were extracted from the off-Bragg scattering. Themagnetic response of hybrid nanocomposite thin films is anisotropic and the easy axis of magnetizationis along the long axis of the nanocomposites. An out of plane coercive field of ≈ 1 T at 10 K was measured in the samples. This large coercive field reveals an anisotropy enhancement, caused by the magnetoelastic anisotropy related to the large axial strain. Photo-induced magnetisation dynamics weremeasured using a pump-probe time-resolved magneto-optical Kerr effect set-up. Sub-picoseconddemagnetisation was recorded in magnetic nanocomposites with good signal-to-noise ratio. Thispreliminary report in nanocomposites thus paves the way for future studies of photo-induced magnetic phenomena.
Jury
- M. Pascal Andreazza (Professeur des universités, Université d’Orléans, ICMN), rapporteur
- M. Yves Dumont (Professeur des universités, Université de Versailles–Saint-Quentin-en-Yvelines, GEMAC), rapporteur
- Mme Valérie Halté (Professeure des universités, Université de Strasbourg, IPCMS), examinatrice
- Mme Emmanuelle Jal (Chargée de recherche, CNRS, LCPMR), examinatrice
- M. Franck Vidal (Professeur des universités, Sorbonne Université, INSP), directeur
- M. Yunlin Zheng (Chargé de recherche, CNRS, INSP), co-directeur
© INSP – Cécile Duflot
