• Aucun résultat trouvé

Propriétés structurales des NPs de 4nm irradiées à 300°C 

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.    

III.3.

Conclusion 

  En utilisant les mesures par réflectivité, les caractérisations DRX ont pu être menées à bien malgré la  faible quantité de matière (couche mince de 100 nm de NPs sur une surface de 1 cm2). Les résultats  obtenus permettent de conclure que les NPs ne se sont pas agrégées après irradiation (même après  de fortes doses, 1x1017 ions/cm2) ou/et chauffage à 300°C. La variation du paramètre de maille des  NPs  au  cours  de  l’irradiation  laisse  supposer  qu’un  changement  structural  a  eu  lieu.  Il  faut,  avant  d’aller plus loin, analyser les propriétés magnétiques de ces échantillons.         a  Ce « pourcentage d’ordre » est calculé à partir des paramètres de maille de la phase ordonnée (3,81 Å ; 3,70Å pour un ordre de 100%) et  désordonnée (3,84 Å pour un ordre de 0%) dans l’hypothèse que la variation du paramètre de maille soit linéaire avec le % d’ordre. Cette      Figure 8: Image MEB du dépôt de NPs après irradiation à 1x1017ions/cm2 à grande (a) et petite  échelle (b).