Nanofils ferromagnétiques en matrice de CeO2 et de SrTiO3 : de la compréhension de la structure locale aux propriétés magnétiques

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Submitted on 15 Dec 2016

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Nanofils ferromagnétiques en matrice de CeO2 et de SrTiO3 : de la compréhension de la structure locale aux

propriétés magnétiques

Anastasiia Novikova

To cite this version:

Anastasiia Novikova. Nanofils ferromagnétiques en matrice de CeO2 et de SrTiO3 : de la compréhen- sion de la structure locale aux propriétés magnétiques. Physique [physics]. Université de Versailles- Saint Quentin en Yvelines, 2015. Français. �NNT : 2015VERS024V�. �tel-01417702�

Thèse

Présentée pour obtenir

Le grade d’un docteur de l’Université de Versailles Saint Quentin en Yvelines

En Physique des Matériaux et Milieux Denses Par

Anastasiia NOVIKOVA

Nanofils ferromagnétiques en matrice de CeO

et de SrTiO

: de la compréhension de la structure locale

aux propriétés magnétiques

Soutenue le 10 juillet 2015

Devant le jury composé de

Rapporteurs : Mr. PRIETO DE CASTRO, Carlos Andrés

Professeur des Universités - Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM)

Mr. DOMENICHINIBruno

Professeur des Universités- Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB)

Examinateur : Mr. ANDREAZZAPascal

Maître de Conférences- Interfaces, Confinement, Matériaux et Nanostructures (ICMN)

Directeurs de thèse :

Mr. DUMONT Yves

Professeur des Universités - Groupe d’Etude de la Matière Condensée (GEMaC)

Mr FONDA Emiliano

Responsable de la ligne de lumière SAMBA - Le Synchrotron SOLEIL

1Thèse préparée au Synchrotron SOLEIL (Ligne SAMBA) et au Laboratoire GEMaC (Groupe d’Etude de la Matière Condensée)



α .



Table des matières

α

α

ψ

� ~ ∑ ^{�> �}| |�̂ ∙ �|� | �( − ) II. -1

�̂ ∙ �

  

-

-

-

XANES

EXAFS

Avant-seuil

-

� ∝^�_�^�

0 II.2-2

� = ∑ ₀ ^| _� 2^| � ( �� + �_�+ ) ^{−�2� − �2 2} II. -

� �

δ_c φ

− �^{2 2}

3 4 5 6 7 8 9 10 -3

-2 -1 0 1 2 3

|k2 (k)| (A-2 )

k (A^-1) (a) Data

0 1 2 3 4 5

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

|(R)| (A-3 )

R (A)

Data Window (b)

2 4 6 8 10 12

-2 -1 0 1

2 Data

First shell fit

Re((q)) (A-2)

q (A^-1) (c)

0 1 2 3 4 5

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

|(R)| (A-3 )

R (A)

Data First shell fit (d)

�

[− � + � ] = II. -

� ���

� = � + �_�� II. -

�_��

= 1 − ^{0 − 0} II. -

� ~ −_� �|�̂ ∗∙ � �, �^′, �̂ ∙ �^′|� �( − ) II. -

� �̂ �

≅ ⁰+ ^{0 0}+ ^{0 0 0}+ ⋯ II. -

7720 7740 7760 7780

Normalized absorption

Energy (eV)

9.0 A 8.0 A 7.1 A 6.1 A 5.0 A 4.0 A 2.5 A

⊥ θ

� � = �_||− �_⊥ = � � − 1 II. -

� = ^{� �}

�

� = − = − ∙ ^�∙ _� II. -1

= ∙ %� �� II. -

= . 11 �⁻ = . ∙ 1 ^{− 8 −} II. -

= ∙ �_é�ℎ II. -

[�] = = 1 ⁻ ��⁻ II. -

� = . ∙ 1 ⁻ ��⁻ = . ∙ 1 ⁻ II. -

= %� . ∙ = .1 ∙ . ∙ 1 II. -

�

�[� � .⁄ ] =�

� II. -

�

7700 7720 7740 7760 7780

Normalized absorbance

Energy (eV)

CoO

Co5% CeO

2

Co7,5% CeO

2

Co12% CeO

2

Co4% CeO

2

Co15% CeO

2

Co-foil

= 1 (1 − �

�) III. 1-1

σ^

0 1 2 3 4 5

0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6

|(R)| (A-3 )

R (A)

Data Fit Co5%CeO2 (a)

0 1 2 3 4 5

0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6

|(R)| (A-3 )

R (A)

Data Fit Co7.5%CeO2 (b)

0 1 2 3 4 5

0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6 4,0

|(R)| (A-3 )

R (A)

Data Fit Co12%CeO2 (c)

0 1 2 3 4 5

0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6

|(R)| (A-3 )

R (A)

Data Fit Co4%CeO2 (d)

0 1 2 3 4 5

0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6

|(R)| (A-3 )

R (A)

Data Fit Co15%CeO2 (e)

7700 7720 7740 7760 7780

Normalized Absorption

Energy (eV) Normal Grazing

Linear Fit of In plane (a)

7700 7720 7740 7760 7780

-0,04 -0,02 0,00 0,02

X-rays Linear Dichroism

Energy (eV)

Co15% CeO

2

(b)

3 4 5 6 7 8 9 10 -0,50

-0,25 0,00 0,25 0,50 0,75

k(k) (A-1 )

k (A^-1)

Along nanowire In plane

(a)

0 1 2 3 4 5 6

0,0 0,2 0,4 0,6

Along nanowire In plane

|(R)|(A-3 )

R (A) (b)

σ^

� �

�₀ = 1 − (�

�_�) III. 1-

-10000 -5000 0 5000 10000

-2 -1 0 1 2

Magnetization ( B/Co)

H(Oe)

-

�=�₀

�_�

-

� ~�0�_�� � <

-

- -

- -

7700 7720 7740 7760 7780 Data

Theory

Normalized Absorbance

Energy (eV)

2.5 % of Co

σ

σ

σ

σ

σ

3 4 5 6 7 8 9 10

kk 

k (A^-1)

6 min (58°C) 1h20 (650°C) end of cooling (RT)

0 1 2 3 4 5

|R 

R (A)

6 min (58°C) Data Fit (a)

Co-Co

0 1 2 3 4 5

|R 

R (A)

1h20 (650°C) Data Fit (b)

Co-Co

0 1 2 3 4 5

|R 

R (A)

end of cooling (RT) Data (c) Fit

Co-Co

σ

σ

σ

7700 7720 7740 7760 7780

Normalized Absorbance

Energy (eV) As-grown Oxidized

Annealed under UHV

3 4 5 6 7 8 9 10

k(k) (A-1 )

R (A)

annealed as-grown

σ

.

7700 7720 7740 7760 7780

Normalized absorbance

Energy (eV) Co₃O₄

Co5% CeO₂ initial oxidation

7700 7720 7740 7760 7780

Normalized absorbance

Energy (eV)

Co5% CeO₂ reduced after 1 day Co5% CeO₂ after H

2 reduction

7700 7720 7740 7760 7780

Normalized absorbance

Energy (eV)

0h 1h30 6h20

7700 7720 7740 7760 7780

Normalized Absorption

Energy (eV) 252 min 228 min 224 min 190 min 165 min 149 min 131 min 111 min 76 min 51 min 11 min 0 min

7700 7720 7740 7760 7780

Normalized Absorption

Energy (eV) 0 min 84 min 102 min 135 min 211 min 296 min (end)

0 50 100 150 200 250 300

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

% CoO

Time (min)





0 1 2 3 4 5 0,0

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

|(R)|(A-3 )

R (A)

Data (a) Ni-Ni Fit

0 1 2 3 4 5

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

Ni-Ni

|(R)|(A-3 )

R (A)

Data (b) Fit

0 1 2 3 4 5

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

Ni-Ni

|(R)|(A-3 )

R (A)

Data (c) Fit

σ





σ

0 1 2 3 4 5

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

|(R)|(A-3 )

R (A)

Data

Self-absorption correction (a)

0 1 2 3 4 5

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

|(R)|(A-3 )

R (A)

Data

Self-absorption correction (b)

8320 8340 8360 8380 8400

Normalized Absorption

Energy (eV)

Normal Grazing

σ

8320 8340 8360 8380 8400

Normalized Absorbance

Energy (eV)

Grazing Normal (a)

8320 8340 8360 8380 8400

Normalized Absorbance

Energy (eV)

Grazing Normal (b)

8320 8340 8360 8380 8400

Normalized Absorption

Energy (eV)

Normal Grazing (c)

-2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000 -1x10^-4

-1x10^-4 -7x10^-5 -3x10^-5 0 3x10^-5 7x10^-5 1x10^-4 1x10^-4

Ni25% CeO₂ 300K

Magnetic moment (emu)

Magnetic field (Oe)

300 350 400 450 500 550 600 650 700 0

2 4 6 8 10

Data Fit

Magnetic moment (10-6 emu)

Temperature (K)

� � = �₀ 1 −_��^{� −�}

β β

β≤

β



A B

σ

σ

0 1 2 3 4 5 0,0

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

|(R)|(A-3 )

R (A)

Data (a) Fit

0 1 2 3 4 5

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

|(R)|(A-3 )

R (A)

Data (b) Fit

σ

σ

α γ

α γ

α

α

7100 7120 7140 7160 7180 7200

Normalized Absorption

Energy (eV)

-Fe

2O

3

-Fe

2O

3

Fe₃O₄ FeO Fe-foil

α

γ

γ

α

7100 7120 7140 7160 7180

Normalized Absorption

Energy (eV)

Fe10% CeO₂ Fe14% CeO

2

Fe14% CeO

2 fit

3 4 5 6 7 8 9 10

Fe14% CeO₂ Fe10% CeO₂ k(k) (A-1 )

R (A) (a)

0 1 2 3 4 5 6

|(R)|(A-3 )

R (A)

Fe14% CeO₂ Fe10% CeO₂ (b)

α γ

σ

 α γ

σ

7100 7120 7140 7160 7180 7200

Normalized Absorption

Energy (eV)

Oxygen_Fe14% CeO

2

Fe10% CeO

2

Fe14% CeO

2

0 2 4

|(R)| (A-3 )

R (A)

Oxygen_Fe14% CeO₂

Oxygen_Fe14% CeO₂ fit

Fe-O

α γ

σ

α

× ×

× ×

7120 7140 7160 7180

Fe14% STO'_1 Fe14% STO'_2 Fe10% STO' Fe14% STO'_1 fit

Normalized Absorption

Energy(eV)

3 4 5 6 7 8 9 10

Fe14% STO'_1 Fe14% STO'_2 Fe10% STO' k(k) (A-1 )

R (A) (a)

0 1 2 3 4 5 6

|(R)|(A-3 )

R (A)

Fe14% STO'_1 Fe14% STO'_2 Fe10% STO' (b)

α γ

σ

α γ

σ

’

-10000 -5000 0 5000 10000 -6,0x10^-5

-4,0x10^-5 -2,0x10^-5 0,0 2,0x10^-5 4,0x10^-5 6,0x10^-5

In plane Out of plane

Magnetic moment (emu)

Magnetic field (Oe) (a)

-10000 -5000 0 5000 10000

-6,0x10^-5 -4,0x10^-5 -2,0x10^-5 0,0 2,0x10^-5 4,0x10^-5 6,0x10^-5

In plane Out of plane

Magnetic moment (emu)

Magnetic field (Oe) (b)

-10000 -5000 0 5000 10000

-6,0x10^-5 -4,0x10^-5 -2,0x10^-5 0,0 2,0x10^-5 4,0x10^-5 6,0x10^-5

In plane Out of plane

Magnetic moment (emu)

Magnetic field (Oe) (c)

-10000 -5000 0 5000 10000

-6,0x10^-5 -4,0x10^-5 -2,0x10^-5 0,0 2,0x10^-5 4,0x10^-5 6,0x10^-5

Magnetic moment (emu)

Magnetic field (Oe) In plane Out of plane (d)

-10000 -5000 0 5000 10000 -4,0x10^-5

-2,0x10^-5 0,0 2,0x10^-5 4,0x10^-5

Magnetic moment (emu)

Magnetic field (Oe) In plane

Out of plane (a)

-10000 -5000 0 5000 10000

-4,0x10^-5 -2,0x10^-5 0,0 2,0x10^-5 4,0x10^-5

Magnetic moment (emu)

Magnetic field (Oe) In plane

Out of plane (b)

-10000 -5000 0 5000 10000

-4,0x10^-5 -2,0x10^-5 0,0 2,0x10^-5 4,0x10^-5

Magnetic moment (emu)

Magnetic field (Oe) In plane

Out of plane (c)

-10000 -5000 0 5000 10000

-4,0x10^-5 -2,0x10^-5 0,0 2,0x10^-5 4,0x10^-5

Magnetic moment (emu)

Magnetic field (Oe) In plane

Out of plane (d)

7100 7120 7140 7160 7180 7200

Normalized Absorption

Energy(eV)

Oxygen_Fe14% STO' Fe14% STO'_1

0 1 2 3 4 5

|(R)|(A-3 )

R (A)

experiment Fe-O fit

Fe-Ti

α γ

σ

σ

σ