Influence de la mise en forme et de la distance interparticule

153

I.3 Conclusion

Un effet de la dimensionnalité de l’assemblage des NPs sur les propriétés magnétiques collectives a été observé car ces interactions dipolaires ont une influence plus importante dans le film dense de NP11 que dans la poudre de NP11. Le film dense de NP11 présente un comportement magnétique collectif bien que les NPs ne soient pas organisées en réseau hexagonal compact.

Dans le cas du film non dense de NPs les aimantations ne sont plus majoritairement contenues dans le plan de l’échantillon ce qui explique que l’échantillon présente des ID beaucoup moins importantes et donc ait une température de blocage significativement plus faible. Notre méthode d’assemblage a donc permis d’obtenir facilement un film avec des NPs quasi isolées (c’est-à-dire quasiment sans interactions dipolaires).

Afin de confirmer ces résultats, un système de NPs présentant de plus fortes interactions dipolaires a été étudié.

II) Propriétés magnétiques de films de NPs

154

Figure 100 : Clichés de microscopie électronique à balayage des échantillons étudiés en magnétisme (a) film non dense de NP20 (b) film dense de NP20. En insert image à plus fort grandissement.

II.1.1 Cycles d’aimantation

L’aimantation a été mesurée en fonction du champ magnétique à différentes températures en appliquant le champ magnétique dans le plan de l’échantillon (Figure 101).

Figure 101: Aimantation en fonction du champ magnétique appliqué (a) à 300 K (b) à 5 K de films de NPs de différentes densités (notés film dense et non dense) et de la poudre de NP20.

A 300 K, pour les différents échantillons, l’aimantation en fonction du champ magnétique appliquée ne présente pas de cycle d’hystérèse ce qui montre que les NP20 sont superparamagnétiques. De plus à 300 K, l’aimantation arrive à saturation pour un champ plus faible dans le cas du film dense que pour le film non dense et la poudre a un comportement intermédiaire entre ceux des deux films.

A 5 K le cycle d’hystérèse est plus ouvert pour le film dense de NPs que pour le film non dense et la saturation est atteinte pour un champ plus faible. La poudre présente un comportement intermédiaire mais proche du film dense. Le champ coercitif Hc et aimantation rémanente relative Mr/Ms pour les films de NPs et pour la poudre de NP20 sont données dans le Tableau 35.

a b

155 Tableau 35 : champ coercitif Hc et aimantation rémanente relative Mr/Ms pour des films de NPs de densités et pour la poudre de NP20.

échantillon Hc (Oe) MR/MS

Film non dense 283 ± 30 0.19 ± 0.05 Film dense 434 ± 30 0.47 ± 0.05

Poudre NP20 309 ± 30 0.35 ± 0.05

A 5K, Pour le film dense l’aimantation rémanente relative (MR/MS = 0. 47) et le champ coercitif (Hc = 434 Oe) sont supérieurs à ceux du film non dense (MR/MS = 0.19 et Hc = 283 Oe). L’aimantation rémanente et le champ coercitif augmentent lorsque la distance interparticule diminue.

A 5K, le MR/MS augmente lorsque les ID sont fortes, c’est-à-dire dans le film dense et dans la poudre.

Cependant le MR/MS de la poudre (MR/MS = 0. 35) est inférieur à celui du film dense (contrairement aux NP11 ou (MR/MS )poudre ≈ (MR/MS)monocouche dense) ce qui suggère des ID plus fortes dans le film dense de NP20.

De plus, le Hc de la poudre est proche de celui du film non dense ((Hc )poudre ≈ (Hc)monocouche non dense) comme pour les NP11 et le champ coercitif du film dense est bien supérieur à ceux de la poudre et du film non dense ce qui confirme un effet de la mise en forme et de l’anisotropie supplémentaire (anisotropie de mise en forme) sur le Hc.

II.1.2 Aimantation en fonction de la température

L’aimantation en fonction de la température est étudiée en comparant des films de NP20 de densités différentes à la poudre de NP20 (Figure 102).

Figure 102 : aimantation ZFC/FC en fonction de la température de films de NP20 de différentes densités (notés film dense et non dense) et de la poudre de NP20 et (b) Détail des courbes ZFC au maximum de l’aimantation.

Le maximum de la ZFC est décalé vers les hautes températures pour le film dense par rapport au film non dense. Cependant il est difficile de déterminer précisément la Tmax, la courbe ZFC du film dense présentant un quasi plateau au-dessus de 290 K. Toutefois, la température de blocage du film dense est évaluée à 290K et est donc supérieure à celle du film non dense de NPs (250 K). Ceci indique que

0 50 100 150 200 250 300 350 400 0,6

0,8 1,0 1,2

290 K 250 K

Film non dense NP20 poudre Film dense

M/ M ZFC max

Température (K) > 250 K

a b

0 50 100 150 200 250 300 350 400 0,0

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6

Film non dense NP20 poudre Film dense

M/ M ZFC max

Température (K)

156

les interactions dipolaires sont plus importantes dans le cas du film dense que dans le cas du film non dense de NPs.

Dans le cas du film dense la courbe FC présente un quasi plateau sur toute la gamme de température étudiée (0-400 °C) et en particulier au-dessus de la TB ce qui peut être du phénomène de superferromagnétisme où les interactions entre particules sont suffisamment fortes pour que l’énergie dipolaire devienne importante par rapport à l’énergie d’anisotropie effective (Ea = KeffV), ce qui entraîne que les NPs vont former des domaines magnétiques.

A l’inverse, la FC du film non dense n’atteint pas de palier aux basses températures ce qui indique que les NPs adoptent un comportement plus individuel lorsqu’elles sont assemblées en film non dense que dans le film dense ou dans la poudre.

La TB de la poudre (250 K) est inférieure à celle du film dense (290 K) ce qui confirme à nouveau que l’assemblage en monocouche 2D favorise de plus fortes ID. Par contre la TB de la poudre est similaire à celle du film non dense, ce qui suggère que les NPs interagissent par ID dans le film non dense malgré la FC qui ne sature pas aux basses températures.

Sur la ZFC et la FC de la poudre, on note un épaulement à T = 90 K qui pourrait correspondre à la transition de Verwey qui est caractéristique de la phase de magnétite. Cette transition est normalement observée à 120 K pour la magnétite massive,175, 180-182

mais une sous stœchiométrie Fe3-xO4 a été rapportée diminuer la température de cette transition.¹⁸³ Un épaulement est également observé à une température similaire pour le film non dense, ainsi qu’un épaulement à 50 K, également observé pour la magnétite massive.¹⁸³ Aucun épaulement n’est observé sur la ZFC/FC du film dense, ce qui amène à se demander si les ID ont un effet sur cette transition de Verwey.

En conclusion, l’augmentation de la température de blocage et les allures des cycles d’aimantation suggèrent que les interactions dipolaires sont supérieures dans le cas du film dense que dans le cas du film non dense mais aussi de la poudre. Ces résultats, similaires à ceux obtenus avec les NP11 et dans des études antérieures suggèrent que les moments sont davantage orientés dans le plan de l’échantillon dans le film dense que dans le film non dense ou dans la poudre.

Pour confirmer cette interprétation nous avons étudié les propriétés magnétiques du film dense et du film non dense en variant la direction du champ magnétique appliqué.