Relaxation de l’état métastable

Une mesure d’aimantation est alors effectuée sous 2000 G, de 5 à 160 K, puis la température est redescendue à 5 K et la mesure est reproduite une seconde fois pour caractériser l’état relaxé, supposé identique à celui avant irradiation. Ces courbes sont comparées en Figure V-16. La température de retour de l’état créé sous lumière est déterminée comme la température où les deux courbes se rejoignent, soit 104,5 K. Elle est comparable à la température de relaxation de 105 K déterminée à partir de mesures de réflectivité (cf. § I.2.1.4, chapitre II).

0 20 40 60 80 100 120 140 160 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 40 60 80 100 120 140 160 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 M ( e m u /g ) Température (K) M ( e m u /g ) Température (K) état relaxé état photo-excité

Figure V-16 : Aimantations mesurées sous 2000 Gauss pour l’échantillon RbCoFe dans l’état photo-excité et l’état

II.2. Propriétés photo-magnétiques de l’échantillon RbCoFe@RbNiCr_25

Les mesures précédentes ont servi de base pour l’interprétation des mesures magnétiques sous illumination réalisées sur les échantillons cœur-coquille. L’objectif était cette fois d’observer une modification des propriétés magnétiques de la phase RbNiCr par un effet de magnéto-striction

inverse, suite aux contraintes mécaniques engendrées par l’expansion de la phase RbCoFe sous

irradiation.

II.2.1. Expériences d’irradiation

Les conditions d’irradiation sont similaires à celles mises en œuvre pour l’échantillon RbCoFe,

soit une longueur d’onde d’excitation de 643 nm et une puissance de 50 mW/cm². La masse d’échantillon utilisée, environ 88 µg, est à nouveau estimée par comparaison de courbes M(H) à 10 K pour l’échantillon déposé en couche mince et pour un second de masse connue (1,3 mg). Dans un premier temps, l’irradiation a été réalisée à 35 K, i.e. dans le domaine paramagnétique pour la phase RbCoFe photo-excitée de façon à faciliter l’interprétation des résultats. La Figure

V-17 présente le suivi de l’aimantation au cours de l’irradiation. On observe comme pour les particules primaires une augmentation brutale du moment magnétique sous éclairement dans le rouge. Après 30 min environ, la valeur de l’aimantation sature. Un gain d’aimantation est à nouveau observé une fois l’irradiation stoppée ; il est associé à la thermalisation de l’échantillon.

0 10 20 30 40 50 1,288x10-3 1,290x10-3 1,292x10-3 1,294x10-3 1,296x10-3 1,298x10-3 1,300x10-3 T= 35 K OFF ON m ( e m u )

Temps d'irradiation (min)

Figure V-17 : Suivi de l’aimantation au cours de l’irradiation à 35 K (λ= 643 nm, P= 50 mW/cm²) et sous

100 Gauss pour l’échantillon RbCoFe@RbNiCr_25.

Le premier point est que l’on atteint ici un état photo-stationnaire à la différence de ce qui avait été rapporté pour l’échantillon RbCoFe. Ceci ne vient pas de la température utilisée car des tests

impliquée dans ces nouvelles mesures est par contre plus faible, et surtout la fraction volumique de phase RbCoFe est fortement réduite dans les systèmes cœur-coquille. C’est la phase RbNiCr

qui est majoritaire et celle-ci absorbe peu à la longueur d’onde d’excitation.[22]

Le second point est que la décroissance « quasi-exponentielle » du moment magnétique une fois l’irradiation stoppée est beaucoup plus importante à 35 qu’à 10 K (encart de la Figure V-20(a)). Il est probable que les paires CoII-FeIII qui relaxent ici ne correspondent pas à celles d’une couche frontière entre zone irradiée et non irradiée. On doit plutôt considérer que l’échantillon est homogènement photo-excité mais que la température de retour thermique est proche de la température à laquelle est réalisée l’irradiation. Ceci est confirmé par des tests de photo- excitation réalisés à 10 K, qui montrent que la variation d’aimantation observée dans l’état paramagnétique est près de sept fois plus grande que celle rapportée pour l’irradiation effectuée à 35 K.

II.2.2. Caractérisation de l’état métastable

II.2.2.1. Nombre de paires CoIII-FeII converties sous lumière

Contrairement à la méthodologie décrite pour l’échantillon RbCoFe, ce sont les données de la

Figure V-17 qui ont été utilisées pour remonter à la quantité de paires CoIII-FeII converties en paires CoII-FeIII dans l’échantillon RbCoFe@RbNiCr_25. Si l’on considère que le gain

d’aimantation observé correspond uniquement à la création de paires CoII-FeIII, la formule à appliquer pour calculer ce nombre de paires, Npaires reste la même qu’au paragraphe II.1.2.1. La

différence de susceptibilité magnétique, ∆χM est alors liée à la variation de moment magnétique

∆m induite par l’irradiation, à la valeur du champ appliqué H et au nombre de moles nRbCoFe du

composé RbCoFe dans le composite :

RbCoFe M n H m × ∆ = ∆χ

Pour ne pas induire d’erreur due à la dispersion en taille des particules, nRbCoFe n’est pas calculé à

partir de la fraction volumique des particules de RbCoFe, mais à partir du rapport molaire

Co/Ni= 0,36 déduit des mesures de fluorescence X pour l’échantillon RbCoFe@RbNiCr_25. Il

correspond à nRbCoFe= 7,72.10-8 mol pour 88 µg d’échantillon. Le nombre de paires CoIII-FeII

converties est ainsi évalué à 7, soit une valeur bien plus grande que le nombre de paires CoIII-FeII par unité formulaire, 0,71. Comme ce nombre est aberrant, il paraît évident que l’irradiation de l’échantillon RbCoFe@RbNiCr_25 a provoqué une modification des propriétés magnétiques de

Il a été mentionné précédemment que l’état photo-stationnaire ne correspondait probablement pas à 100% de conversion des paires CoIII-FeII. Pour 100% ou même 35% de paires converties, la différence de moment magnétique, m aurait dû être respectivement de 6,2.10-7 ou 2,2.10-7 emu. L’écart entre cette valeur et celle observée expérimentalement vaut alors 5,5.10-6 ou 5,9.10-6 emu. Il traduit directement le gain d’aimantation de la phase RbNiCr. Si l’on compare

ces valeurs à celle du moment magnétique avant irradiation (cf. Figure V-17), on en déduit que l’aimantation du composé RbCoFe@RbNiCr_25 a augmenté de 0,4% à 0,5%. Cet effet photo-

magnétique pourrait être attribuable à un couplage photo-strictif/magnétostrictif sur lequel il est difficile de conclure en l’absence de mesures structurales complémentaires. Néanmoins, l’hypothèse d’une augmentation de l’aimantation de la phase « coquille » liée à la relaxation de contraintes internes semble la plus évidente.

II.2.2.2. Mise en ordre des paires photo-excitées et relaxation de l’état