Nanostructures : élaboration, effets quantiques et magnétisme – Couches minces et hétérostructures magnétiques

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Equipe

• Membres permanents : Yunlin Zheng, Franck Vidal, Marcel Hennes, Dominique Demaille
• Doctorant(e)s : Carlos Cortéz, Moundji Hemili (bourse iMAT, co-encadrement LCPMR)

L’augmentation de la densité des milieux de stockage magnétique de l’information implique la recherche de nouvelles voies d’élaboration de nano-objets et de couches minces aux propriétés magnétiques ajustables. Nos activités portent sur la croissance et la structure de nanofils ferromagnétiques auto-assemblés en épitaxie verticale (diamètre < 10 nm), de couches métalliques d’alliages ferro- et ferrimagnétiques et d’oxydes épitaxiées. Ces objets sont des systèmes modèles pour des études en nanomagnétisme, que ce soit pour le contrôle de l’anisotropie (p.ex. via les contraintes, la concentration ou la température) ou pour des études sur la dynamique d’aimantation (ultrarapide).

Les lignes de recherche suivantes sont actuellement explorées :

• croissance de fils d’alliage (CoNi, CoPt), contrôle de l’anisotropie magnétique et structuration axiale de systèmes (Au/CoNi) combinant propriétés magnétiques et plasmoniques,
• étude de systèmes couplant propriétés magnétiques et photostriction (ANR HYPNOSE),
• croissance et caractérisation de couches minces couplant métaux de transition et terres rares (CoTb, FeTb),
• étude des propriétés structurales et magnétiques de couches minces d’oxydes épitaxiées.

Figure 1 : a) Croissance de nanofils par ablation laser pulsée. b) Nanofils ferromagnétiques auto-assemblés et contrôle de l’anisotropie, c) cycles d’hystéresis magnétiques dans le plan (courbes rouges) et hors-plan (courbes bleues). d) Formation de domaines magnétiques dans des couches minces CoTb présentant une forte anisotropie hors-plan (20 μm x 20 μm), e) modification de la texture magnétique sous champ magnétique (200 mT).

Principales collaborations 

• SOLEIL (lignes de lumière : SAMBA, DEIMOS et SixS)
• C2N
• GEMaC
• LCPMR
• LOA
• IMPMC

Publications récentes

• X. Weng, M. Hennes, A. Juhin, P. Sainctavit, B. Gobaut, E. Otero, F. Choueikani, P. Ohresser, T. Tran, D. Hrabovsky, D. Demaille, Y. Zheng, F. Vidal, Strain-engineering of magnetic anisotropy in Co_xNi_1−x-SrTiO₃/SrTiO₃(001) vertically assembled nanocomposites. Physical Review Materials 6, 046001 (2022) https://hal.science/hal-03635027/document
• M. Hennes, D. Demaille, G. Patriarche, T. Tran, Y. Zheng, F. Vidal, Strain, magnetic anisotropy, and composition modulation in hybrid metal-oxide vertically assembled nanocomposites. MRS Bulletin 46, 136141 (2021) invited https://hal.science/hal-03190529/document
• M. Hennes, X.Weng, E. Fonda, B. Gallas, G. Patriarche, D. Demaille, Y. Zheng, F. Vidal. Phase separation and surface segregation in Co-Au-SrTiO₃ thin films : Self-assembly of bilayered epitaxial nanocolumnar composites.  Physical Review Materials 3, 035002 (2019) https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02088684
• G. Radtke, M. Hennes, M. Bugnet, Q. Ramasse, X. Weng, D. Demaille, B. Gobaut, P. Ohresser, E. Otero, F. Choueikani, A. Juhin, Ph. Sainctavit, Y. Zheng, F. Vidal. Atomic-Scale Study of Metal-Oxide Interfaces and Magnetoelastic Coupling in Self-Assembled Epitaxial Vertically Aligned Magnetic Nanocomposites, Advanced Materials Interfaces 6, 1900549 (2019) https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02188798
  
• X. Weng, M. Hennes, A. Coati, A. Vlad, Y. Garreau, M. Sauvage-Simkin, E. Fonda, G. Patriarche, D. Demaille, F. Vidal, Y. Zheng. Ultrathin Ni nanowires embedded in SrTiO₃ : Vertical epitaxy, strain relaxation mechanisms, and solid-state amorphization. Physical Review Materials 2, 106003 (2018) https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01901688.