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Thèse Année : 2023

Structure and magnetism of B2 chemically ordered FeRh nanoclusters in carbon matrix, as a nanocluster assembled film and over perovskite substrate

Structure et magnétisme de nanoclusters de FeRh chimiquement ordonnés B2 dans une matrice de carbone, sous forme de film assemblé par nanocluster et sur un substrat de pérovskite

Résumé

Controlling nanomagnetism by means of an electric field is a key issue for the future development of low-power spintronics. In this context, CsCl-like B2 chemically ordered near equiatomic FeRh alloy, which presents a metamagnetic transition from antiferromagnetic order (< 370 K) to ferromagnetic order (> 370 K), is a very good candidate for assisting magnetic control through external stimuli. Recently, a ferroelectric crystal has been used to electrically drive the temperature of such phase transition of epitaxially grown FeRh films with only a few volts, with potential media applications for thermally assisted magnetic recording. This effect may be the signature of magnetic exchange correlations, acting at shorter-range in the antiferromagnetic phases than in the ferromagnetic phases. In this work it is shown the study of FeRh nanoclusters prepared by low energy cluster beam deposition, in different system configurations at the non chemically ordered A1 phase and the chemically ordered B2 phase, which was achieved after annealing at high temperatures under vacuum. In order to achieve a better understanding of the metamagnetic transition, we studied diluted FeRh nanoclusters in a carbon matrix, revealing that the persistence of the ferromagnetic phase at lower temperatures is an intrinsic characteristic determined by the size, regardless of the nanucluster density. Even more, the study on FeRh nanocluster-assembled films has shown not only the option to achieve the metamagnetic transition for crystallite sizes higher than 20 nm, but also the coexistence of ferromagnetic and antiferromagnetic orders in the nanogranular system, becoming an interesting point to engineer the metamagnetic transition. By using X-ray spectroscopy and diffraction under synchrotron facilities and scanning transmission microscopy on cross-section lamella, the epitaxial relationship between FeRh nanocluster with SrTiO3 and BaTiO3 surfaces is described well, showing that the competition between induced strain at the metal/oxide interface and cluster surface relaxation is not enough to induce antiferromagnetic order in FeRh nanoparticles.
Etre capable de contrôler le magnétisme au moyen d’un champ électrique est une question essentielle pour le développement de futur dispositif d’électronique de spin, de faible consommation. Dans ce contexte, au voisinage de la composition équiatomique, l’alliage FeRh chimiquement ordonné dans la phase B2 CsCl qui présente une transition métamagnétique depuis un ordre antiferromagnétique à basse température vers un ordre ferromagnétique juste au-dessus de la température ambiante, est un excellent candidat pour évaluer cette possibilité de modifier le magnétisme par un stimulus extérieur. En effet, récemment un cristal ferroélectrique a été utilisé pour induire par l’application de quelques volts, une modification de la température de transition de phase métamagnétique sur un film FeRh épitaxié avec des applications potentielles pour l’enregistrement dense thermiquement activé. Dans ce travail sont étudiés des nanoclusters de FeRh préparés par \textit{Low Energy Cluster Beam Deposition} initialement dans la phase A1 chimiquement désordonnée qui cristallisent dans la phase B2 chimiquement ordonnée après recuit sous vide à haute température. Afin de mieux comprendre la transition métamagnétique dans la phase B2, nous avons étudié des agrégats triés en taille de FeRh dilués en matrice de carbone après recuit, révélant que la persistence de la phase ferromagnétique à basses températures est une caractéristique intrinsèque déterminée par la taille des nanoaimants quelle que soit leur densité. De plus, notre étude sur des films d'assemblée d'agrégats de FeRh en interaction a montré non seulement la possibilité d'observer la transition métamagnétique pour des nanocristallites B2 coalescés après recuit, de tailles supérieures à 25 nm mais aussi la coexistence d'ordre ferromagnétique et antiferromagnétique dans un tel système nanogranulaire, devenant un point intéressant pour ajuster la transition métamagnétique. En utilisant la spectroscopie et la diffraction des rayons X sous synchrotron et la microscopie à transmission à balayage sur lamelle en coupe transversale, nous décrivons bien les relations d'épitaxie entre les facettes des nanoclusters FeRh dans la phase B2 avec une surface monocristalline SrTiO3 et BaTiO3 (001). Par contre, la contrainte induite au niveau de l'interface métal/oxyde en compétition avec la relaxation à la surface de l'agrégat, n'est pas suffisante pour induire un ordre antiferromagnétique dans des nanoaimants chimiquement ordonnés de FeRh de moins de 12 nm de diamètre.
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Dates et versions

tel-04171634 , version 1 (26-07-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04171634 , version 1

Citer

Guillermo Alberto Herrera Huerta. Structure and magnetism of B2 chemically ordered FeRh nanoclusters in carbon matrix, as a nanocluster assembled film and over perovskite substrate. Materials Science [cond-mat.mtrl-sci]. Université Claude Bernard Lyon1, 2023. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04171634⟩
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