Caractérisation d’une chaîne unique

III.2.1 Observation du couplage intra-chaîne par MFM

Le film de NPs assemblées en chaînes par chimie click a été caractérisé par AFM et MFM sur une zone de densité modérée où les chaînes sont relativement éloignées les unes des autres et où certaines particules sont isolées (Figure 109). Les NPs sont bien visibles sur l’image AFM, des chaînes de NPs isolées et des NPs seules sont observées (Figure 109a). L’image de structure magnétique (Figure 109b) ne présente pas de contraste magnétique dans les zones correspondant à des NPs isolées ou à de petits groupes de NPs, marquées par des cercles notés 1 sur la Figure 109. Cette image confirme que les NP20 sont superparamagnétiques lorsqu’elles sont isolées.

167 Figure 109 :(a,c) images topographiques (AFM) et (b,d) structure magnétique (MFM) du film de NPs assemblées sous forme de chaînes. Les zones 1 correspondent à des NPs isolées ou à un petit nombre de NPs, la zone 2 correspond à une chaîne de NPs qui est présentée à plus grande échelle sur les images (c) et (d). Les flèches bleues sur l’image (c) donnent une indication de la position des NPs dans la chaîne. Les flèches représentées sur l’image (d) indiquent les zones de contraste clair (flèches blanches) et foncé (flèches noires).

Les chaînes de NPs sont visibles en MFM (Figure 109b et d) ce qui indique qu’elles interagissent plus fortement avec la pointe MFM que les NPs isolées. De plus dans les chaînes de NPs des zones de contraste clair et foncé apparaissent. Ces zones s’étendent sur plusieurs NPs comme le montre la comparaison des images AFM et MFM (Figure 109c et d). Elles sont donc constituées de pseudo domaines dans lesquels les NPs sont corrélées et ont un comportement magnétique collectif. Cependant comme le MFM mesure uniquement les champs de fuite hors du plan, différentes configurations des aimantations peuvent correspondre à ce type de contraste MFM (Figure 110).

c d

a b

1

1

2

1

1

2

168

Figure 110 : représentations schématiques (a) d’une chaîne de NPs (b) des zones de contrastes clair et foncé observés sur la chaîne de NPs correspondante et (c) exemples de configurations possibles correspondant à ce type de contraste.

En effet les aimantations pourraient se trouver dans la direction des chaînes ou perpendiculaires à l’axe des chaînes ou dans un cas intermédiaire.

La présence de zones visibles en MFM ayant des contrastes similaires contenant plusieurs NPs indique qu’il existe un couplage intra-chaînes à l’échelle de quelques NPs et que ces NPs ont un comportement collectif car le signal MFM est supérieur à celui des NPs isolées (non visible en MFM). Afin d’identifier la configuration magnétique des NPs de façon plus précise, des mesures d’holographie électronique ont été effectuées.

III.2.2 Holographie électronique

Une chaîne de NP20 (dont l’image MET est présentée sur la Figure 111) composée de 28 NPs est étudiée en holographie électronique.

Figure 111 : Image MET de l’échantillon étudié en holographie électronique.

a b

?

= ou _ou

c

169 La chaîne de NPs étant trop longue pour être étudiée en holographie dans son intégralité, l’étude a été réalisée sur deux zones constituant la chaîne. La Figure 112 présente (a) les images d’amplitude et (b) de phase des deux zones constituant la chaîne isolée de NP20.

Figure 112 : (a) Image d’amplitude et (b) image de phase d’une chaîne isolée de NPs déposée sur une grille de microscopie. Les zones noires correspondent à des zones de défauts de l’hologramme. L’image d’amplitude (Figure 112a) permet de vérifier que les images prises sur l’envers et l’endroit de l’échantillon sont bien superposées et que la membrane ne crée pas de défauts. La zone noire présente sur la droite des images est due à un bord d’un trou de la membrane sur la zone de référence. L’image de phase (Figure 112b) donne une information sur la composante planaire de l’aimantation.

Pour une NP isolée la phase magnétique peut être simulée comme présentée sur la Figure 113.

a

170

Figure 113 : Simulation de la phase magnétique d’une NP isolée avec l’aimantation selon la flèche.

Pour une NP isolée, la phase magnétique présente deux lobes dont la séparation est la zone où se trouve l’aimantation de la NP. Lorsque les NPs sont proches les unes des autres, ces lobes se superposent et l’image de phase magnétique est plus compliquée.

Les flèches représentées sur la Figure 112b indiquent de façon indicative la direction de la composante planaire de l’échantillon. L’image de phase indique que les NPs ont des aimantations qui ne sont pas dans l’axe de la chaîne comme ce qui est observé dans la littérature¹⁸⁶ et que la composante planaire des NPs varie d’une NP à l’autre dans la chaîne.

Figure 114 : représentations schématiques de configurations possibles des aimantation des NP20 dans une chaîne de NPs (a) moments alignés le long de la chaîne (b) moments alignés verticalement (c) moments alignés selon une hélice.

La répartition de l’aimantation planaire des NP20 dans la chaîne donnée par holographie permet d’écarter l’hypothèse où tous les spins sont alignés le long de la chaîne (Figure 114a) et celle où les spins sont alignées verticalement (Figure 114b). La MFM révèle que la composition hors du plan de l’aimantation varie dans la chaîne avec l’observation de domaines. La combinaison de l’holographie électronique et du MFM suggèrent que les aimantations suivent une configuration plus complexe (telle que une configuration en hélice Figure 114c). Des mesures MFM sur la même chaîne de NP20 et des modélisations numériques sont en cours pour confirmer cette hypothèse.

III.2.3 Conclusion

Un comportement magnétique collectif des NP20 dans la chaîne (couplage intra-chaîne) a été observé par MFM.

a b

ou ou

171 La microscopie à force magnétique et l’holographie électronique ont permis de mettre en évidence une configuration complexe des aimantations des NP20 au sein d’une chaîne isolée de NPs. Les aimantations des NP20 dans la chaîne semblent suivre une structure en hélice mais des caractérisations supplémentaires seront nécessaires pour confirmer ou infirmer cette hypothèse. L’étude des cycles d’aimantation permettra de déterminer si ce couplage intra-chaîne induit une anisotropie des propriétés magnétiques de l’échantillon.