Réseaux ultra-denses de nano-aimants unidimensionnels auto-organisés et monocristallins – DensAr

Le projet DensAr concerne la synthèse et l’investigation de réseaux ultra-denses de nanoaimants 1D monocristallins et auto-assemblés.

Nous avons récemment démontré un procédé induisant la croissance verticale de réseaux de nanofils (NFs) de Co de 5nm de diamètre, distants de 2nm grâce aux ligands organiques enrobant chaque NF. Ces nanofils sont ferromagnétiques à température ambiante et sont organisés en un arrangement hexagonal sur de longues distances (1x1cm²) avec des densités de plus de 10×1012 NFs/in². Le procédé, dérivé de la chimie colloïdale, consiste en la réduction en solution d’un précurseur de Co sur un film de Pt monocristallin. Les NFs sont monocristallins et présentent une croissance épitaxiale sur le film. Grâce à l’orientation collective des axes facile des NFs, le réseau présente une forte anisotropie magnétique perpendiculaire au film. A l’heure actuelle, il n’existe pas d’autres systèmes possédant de très fortes densités de nanoaimants combinant les anisotropies de forme et magnétocristalline dans une même direction. En effet, toutes les études précédentes sur des nano-aimants en interaction impliquent des éléments polycristallins, et/ou des réseaux avec des arrangements spatialement limités, et/ou des orientations non contrôlées des axes faciles. Dans le contexte de l’enregistrement magnétique à très haute densité, plusieurs voies d’élaboration sont actuellement explorées mais, jusqu’à présent, il n’existe pas de méthodes produisant des réseaux réguliers de nano-aimants de densités supérieures à 1Tbits/in².

L’objectif de DensAr concerne la démonstration de l’applicabilité de ce nanomatériau en tant que future medium magnétique à très haute densité. Le projet se focalise sur la synthèse et l’étude des propriétés structurales et magnétiques de réseaux de NFs. La preuve de concept du procédé d’élaboration a été apportée et brevetée. Le projet est basé sur une étude détaillée et étendue des mécanismes fondamentaux de la croissance de NFs de Co sur substrats, c'est-à-dire des degrés de libertés de la synthèse (rapport des concentrations précurseur de Co/ligands, nature des ligands, température, pression, nature du substrat) qui permettront de moduler les caractéristiques morphologiques du système afin de réduire les différentes distributions spatiales (longueur, diamètre, distance inter-NF). Les propriétés structurales (longueur, diamètre, distance inter-NF, ordre à longue distance, densité, rugosité du réseau, épitaxie) seront investiguées grâce à des techniques adaptées (diffraction des rayons X, microscopies électronique et à force atomique, diffusion de neutrons) afin de décrire précisément le système. Un effort majeur concernera l’étude des propriétés magnétiques (anisotropie, coercivité, couplage dipolaire, stabilité thermique, distribution de champs de retournement, mécanismes de renversement de l’aimantation, longueurs de corrélations magnétiques), tant expérimentalement (magnétométrie, diffusion des neutrons, résonance ferromagnétique) que théoriquement (simulations micromagnétiques). Une attention particulière sera portée sur les caractéristiques structurales et magnétiques exigées pour les futurs media magnétiques.

Le projet DensAr est un projet Jeune Chercheur et implique donc un seul partenaire, le LPCNO, le Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-Objets, et particulièrement les équipes NanoMagnétisme, et Nanostructures et Chimie Organo-métallique. Elles possèdent des compétences complémentaires en synthèse, en analyses structurales et magnétiques de nano-objets. Le consortium combine une forte expertise en chimie colloïdale en solution et sur couches minces, en investigations structurales de nanosystèmes et en nanomagnétisme. Le rassemblement de spécialistes de ces différents domaines qui ont déjà démontré leur aptitude à collaborer efficacement, garantira le succès de ce projet ambitieux qui a pour but de définir de nouveaux réseaux de nano-aimants à vocations industrielles.