Les travaux th´eoriques sur le Rh ont suscit´e plusieurs ´etudes exp´erimentales, dans l’espoir de mettre en ´evidence le magn´etisme de structures de basse dimension. Les r´esultats obtenus par des techniques diverses (photo´emission, dichro¨ısme magn´etique, effet Kerr magn´eto-optique, effet Hall anormal et effet de localisation faible) sur diff´erents syst`emes sont contradictoires et peu concluants, comme nous allons le voir.
6.3.1 Surfaces
Pour caract´eriser la relaxation de surface de Rh(001) du Rh massif, Watson et coll. [135] ainsi que Oed et coll. [136] firent des ´etudes de diffraction d’´electrons lents (LEED). Ils trouv`erent que la distance inter-planaire d12 pr´esentait respectivement une petite dilatation de 1.0 ± 0.9 % [135] et 0.5 ± 1 % [136] par rapport `a l’espacement dans le volume (d=1.902 ˚A, alors que les calculs th´eoriques donnaient des relaxations comprises entre -5.1 % [137] -1.5 % [113] et 1.8 % [138]. Begley et coll. [139] r´eexamin`erent les intensit´es de LEED et trouv`erent une relaxation de -1.2 ± 1.6 % plus proche de la valeur calcul´ee par [113]. Morrison et coll. [113] interpr`etent cet effet comme le r´esultat d’une force d’origine magn´etique g´en´er´ee `a la surface du Rh(001) qui serait ferromagn´etique.
Ce n’est que r´ecemment qu’une caract´erisation magn´etique de la surface a ´et´e faite par Goldoni et coll. [140] au moyen de techniques de dichro¨ısme magn´etique (XMCD). Ils attribuent le signal magn´etique observ´e `a une forte susceptibilit´e magn´etique de la surface [140].
6.3.2 Agr´egats libres
Exp´erimentalement, le r´esultat le plus marquant a ´et´e la mise en ´evidence du magn´etisme d’agr´egats de Rh par Cox et coll. [141, 142] au moyen des mesures de Stern Gerlach, dans
des exp´eriences de jets mol´eculaires. Pour la premi`ere fois, l’existence d’agr´egats de RhN (N=12 `a 32 atomes) superparamagn´etiques avec des moments magn´etiques par atome compris entre (0.3 et 1.1) µB
`a 93 K (voir figure 6.2) a ´et´e d´emontr´ee. A ce jour, c’est la seule ´etude convaincante de la pr´esence de magn´etisme sur le Rh. Pour des agr´egats dont N est sup´erieur `a 32 atomes, les moments deviennent n´egligeables.
Fig. 6.2 – Mesures exp´erimentales de moments magn´etiques par atome des agr´egats de Rh libres en fonction du nombre d’atomes. Pour n ≥ 60, les moments deviennent n´egligeables. (extrait de [141]).
6.3.3 Agr´egats support´es
Les ´etudes exp´erimentales sur le magn´etisme des atomes adsorb´es sur substrats de m´etaux nobles datent d’une vingtaine d’ann´ee [143–146]. Aucune ´evidence exp´erimentale claire du magn´etisme des agr´egats ne fut observ´ee. Des techniques de d´etection tr`es sensibles ´etaient n´ecessaires pour r´ealiser de telles exp´eriences `a d´efaut de quoi le signal magn´etique des nanostructures pouvaient ˆetre noy´e dans du bruit ou consid´erablement r´eduit, parfois d’un facteur 100, par des ´ecrantages de type Kondo. R´ecemment des mesures d’effet Hall anormal et de localisation faible, r´ealis´ees `a 35 K, ont montr´e que si des agr´egats de Rh ´etaient magn´etiques, leur moment magn´etique ´etait inf´erieur ou ´egal `a 0.1 µB, ce qui est largement inf´erieur aux valeurs pr´edites pour le Rh21/Ag(001) [126]. Mais dans
cette derni`ere ´etude, les agr´egats de Rh adsorb´es sur l’Au correspondraient `a quelques pour cent de monocouche. Il est `a noter que les d´epˆots r´ealis´es dans cette ´etude n’ont fait l’objet d’aucune analyse structurale et/ou morphologique. La taille et la nature exacte des d´epˆots restent inconnues.
6.3.4 Films minces de Rh sur m´etaux nobles (MN)
Les premiers travaux sur le syst`eme Rh/Au montr`erent au moyen du LEED et de la spectroscopie Auger que le Rh croˆıt sous forme d’amas sur l’Au(001) `a temp´erature ambiante [147]. Le magn´etisme du film de Rh/Au(001) a ´et´e analys´e par photo´emission. Li et coll. attribu`erent le d´edoublement du niveau 4s dans leurs spectres `a la pr´esence d’un moment magn´etique [147]. Cependant, beaucoup d’effets non magn´etiques tels que les transferts de charges pourraient expliquer ce d´edoublement [148]. ´Etant donn´e l’ambigu¨ıt´e de l’interpr´etation du spectre de photo´emission, d’autres approches plus sˆures pour sonder l’existence d’ordre ferromagn´etique ont ´et´e entreprises. Ainsi, Mulhollan et coll. [149] ´etudi`erent un film de Rh sur Ag(001) par effet Kerr magn´eto-optique pour des ´epaisseurs entre 0.5 MC et 5 MC en maintenant la temp´erature du substrat `a 130 K pour ´eviter l’interdiffusion entre les atomes de Rh et d’Ag [150] et [151]. Cette configuration est d´efavorable au ferromagn´etisme de Rh car l’interface Ag/Rh augmente le nombre d’atomes voisins d’atomes de Rh, entraˆınant une augmentation de la largeur de la densit´e et empˆechant ainsi de satisfaire le crit`ere de Stoner. Ils examin`erent le magn´etisme de la couche de Rh, avec des champs de 2.2 kOe, soit `a la temp´erature de d´epˆot (130 K), soit apr`es refroidissement `a 40 K. Ils sond`erent aussi bien la configuration longitudinale que polaire mais aucun signal magn´etique ne fut d´etect´e.
L’´Equipe de Liu et coll. [152] consid´era un substrat d’Au(001) et montra par une ´etude de spectroscopie d’Auger que le Rh proc`ede `a une croissance de type Stranski-Krastanov sur cette surface maintenue `a une temp´erature de 100 K. La transition entre la croissance couche par couche et la formation d’ˆılots se fait au passage de 2 MC `a 3 MC. A nouveau, les mesures d’effet Kerr faites dans les deux configurations (polaire et longitudinale) ne mirent en ´evidence aucun magn´etisme.
Face `a ces r´esultats exp´erimentaux, plusieurs cas de figure sont possibles pour expliquer le d´esaccord entre la th´eorie et l’exp´erience [149] et [152]:
1. la temp´erature de Curie (TC) du film ferromagn´etique serait inf´erieure `a la temp´erature de mesure de 100 K.
2. le champ coercitif (HC) du film ferromagn´etique serait tr`es sup´erieur aux 2 kOe appliqu´es.
3. l’interdiffusion entre les adatomes de Rh et les atomes du substrat de MN annihile le magn´etisme
Les 2 premi`eres hypoth`eses sont une limitation d’ordre exp´erimental. La premi`ere et seconde hypoth`eses seront discut´ees dans la section 6.4.7. La derni`ere hypoth`ese a ´et´e vue en d´etail dans la section 6.2.4. En effet, quelques travaux th´eoriques consid´er`erent des situations tr`es complexes, relatives `a la nature du film de Rh d´epos´e sur m´etaux nobles. Tous tendent `a conclure que c’est une mauvaise qualit´e du d´epˆot de Rh qui est responsable de l’absence de signal magn´etique. Dans la section 6.4 qui suit, nous allons tenter d’apporter une r´eponse `a la controverse entre les r´esultats th´eoriques et r´esultats exp´erimentaux par une ´etude d´etaill´ee de la croissance et du magn´etisme du Rh/Au(111).