V Données clefs sur les NPs de FePt issues de la synthèse nitrile
Figure 3: Simulation Monte Carlo sur une NP de FePt monocristalline de 10nm après
III. Propriétés structurales des NPs de 4nm irradiées à 300°C
III.1.
Mesure
Afin de quantifier l'ordre chimique à longue distance des nanoparticules de FePt après irradiation, nous avons procédé à des mesures de diffraction de rayons X. Les couches de nanoparticules de FePt étant peu épaisses (100 nm), les mesures sont effectuées sur un diffractomètre dont l'optique est adaptée aux couches minces (faisceau diffracté parallèle). Afin de minimiser le signal provenant du substrat, l'angle d'incidence ω a été fixé à 3° et ne changera pas pendant la mesure. L’angle 2θ décrira la gamme d’angle de 20° à 120°. Le diffractogramme attendu est similaire à ceux obtenus avec un protocole standard de poudre (le principe de fonctionnement et les protocoles standards sont décrits au chapitre 2 §II.4.b et rappelés en annexe 3)
La Figure 6 présente les diagrammes de diffraction des films minces de nanoparticules de FePt irradiés dans les conditions présentées dans le Tableau 1. Pour tous les échantillons, aucun des pics de surstructure caractéristiques de la phase chimiquement ordonnée L10 n’est observé (voir chapitre
1 §I). Ce résultat était attendu pour les deux échantillons témoins : ceux qui n’ont reçu aucun traitement (A0 et B0) et ceux qui n'ont subi qu'un recuit à 300°C (AT et BT). Par contre, on pouvait s'attendre à obtenir la phase L10 pour les échantillons fortement irradiés : ceux ayant subi une
fluence de 1x1017ions/cm2 ont reçu trois fois la dose permettant la création de l’ordre chimique complet dans les couches minces1. D'après les mesures de DRX, il semble donc que la mise en ordre chimique par irradiation soit plus difficile (ou moins efficace) pour les nanoparticules que pour les couches minces. Figure 6: Diffractogramme de poudre des échantillons témoins et des échantillons irradiées de NPs de FePt de 4nm des lots A (courbes noires) et B (courbes rouges).
III.2.
Exploitation et interprétation
L’exploitation des résultats est comparable à celle décrite dans le chapitre 2 pour les NPs de FePt après synthèse. En effet, aucun pic de surstructure n’est observé, nous sommes encore en présence de NPs en phase désordonnée. Avec le logiciel fullprof, le paramètre de maille « a » et la taille de Scherrer «DScherrer» sont déterminés.
III.2.a. Diamètre de Scherrer et coalescence Le diamètre de Scherrer, calculé à partir des largueurs à mi‐hauteur des pics de diffraction (chapitre 2 §III.2.c et annexe 3), nous renseigne sur la taille des cristallites. Dans le cas de particules monocristallines, comme ici, le diamètre de Scherrer correspond au diamètre des NPs. Les échantillons A0 et B0 (non irradiés) correspondent à des nanoparticules de diamètres respectifs 3,9 nm et 3,5 nm (mesuré au TEM), dont les tailles de cristallites sont de 3,3 et 3,2 nm. La petite différence observée (7%) est certainement due aux couches atomiques de surface de la particule dont le réseau d’atomes n’est pas parfaitement cristallisé, ou du moins pas en épitaxie avec le cœur de la particule.
Qu’en est‐il des NPs irradiées ? Les NPs sont initialement monocristallines, aussi une évolution significative du diamètre de Scherrer peut être reliée à la coalescence des NPs. Les diamètres de Scherrer des lots A et B après irradiation maximum (1 1017 ions/cm2) n’ont augmenté que de 5,7% et 5,8% respectivement (Figure 7‐b). Après irradiation, les NPs sont toujours monocristallines ; en première approximation elles n’ont pas coalescé entre elles. Des mesures complémentaires par microscopie (MEB) confirment l’absence de coalescence des NPs dans les couches épaisses irradiées. La surface du dépôt est toujours plate comme en attestent les images obtenues par MEB sur des dimensions micrométriques, et la granulosité des NPs individuelles est toujours visible (Figure 8). Figure 7: Exploitation des mesures DRX des échantillons NPs de FePt de 4nm : lot A (diamant) et B (carré) ; (a) paramètre de maille et (b) diamètres de Scherrer
III.2.b. Paramètre de maille
L’alliage de FePt ne présente pas en DRX les pics caractéristiques de la phase L10, seuls les 5 pics de la
phase désordonnée sont identifiables. Cependant, une faible variation du paramètre de maille des alliages après irradiation est observée. La diminution du paramètre de maille de l’alliage au sein de la NP peut être due :
soit à l’augmentation du pourcentage en fer dans le cœur cristallin de la NP, pouvant correspondre à la migration du fer de la couche atomique de surface de la nanoparticule vers le volume cristallin de la particule. Suivant cette hypothèse, le pourcentage en fer dans le volume cristallin de l’échantillon A s’accroitrait de 42% (sans irradiation) à 55% (1 1017 ions/cm2).
Soit à un début d’ordre chimique à coute distance dans l’alliage (donc sans permettre d’observation de pic de surstructure). Dans cette hypothèse, l’ordre chimique dans la particule de l’échantillon A varierait de 0% (sans irradiation) à 30%a (1.1017 ions/cm2) La migration et la cristallisation du fer de surface correspondent à l’accroissement observé au niveau du diamètre de Scherrer.