Projet ANR-14-CE08-0007 – DiSSCo-Hall : Superferromagnétisme dipolaire dans les supracrystaux de nanoparticules de cobalt et l'élaboration de sondes de Hall miniaturisés
Programme : Apport des nanosciences et nanotechnologies aux matériaux fonctionnels et biotechnologies (DS0305) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Madame sawako nakamae (CEA/IRAMIS/SPEC)
Partenaires : Divers privé; de la Molécule aux Nano-Objets: Réactivité, Interactions et Spectroscopies; Institut de Chimie et des Matériaux Paris-Est; ITRON FRANCE
Montant : 393118.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 48 mois
Résumé : Les nanoparticules magnétiques (IP) sont, comme leur nom l'indique, une classe de nanoparticules composées d’éléments magnétiques tels que le fer, le nickel et le cobalt et leurs alliages en composés chimiques. Au sein d'une NP, tous les spins atomiques sont alignés dans la même direction (uniformément aimantée) donnant un moment magnétique dipolaire géant, appelé "superspin" . Plusieurs phénomènes magnétiques remarquables ont été observés dans ces NPs, le plus connu d'entre eux étant celui du superparamagnétisme (SPM) des NP sans interaction. Les NPs superparamagnétiques ont trouvé leur utilisation dans de nombreux domaines de la technologie appliquée, y compris, en biomédecine, en imagerie par résonance magnétique, en stockage de données, etc.
Dans un assemblé de nanoparticules très concentrées, les propriétés magnétiques peuvent être fortement influencées par les interactions dipolaires entre les NPs. Il a été constaté qu’aux concentrations suffisamment élevées, les interactions dipolaires inter-particulaires peuvent produire des « états collectifs » sous une température de transition Tc. Les états collectifs de température observés sont « désordonnés » et donc appelés "verres de Superspin" car ils montrent beaucoup de comportements similaires à ceux des verres de spin atomiques. L'état de verre de superspin a été observé dans différentes formes d'assemblées de NPs magnétiques, par exemple, les ferrofluides, les dispersions de NPs dans des matrices solides et dans les supracristaaux 3D.
En augmentant encore la concentration de nanoparticules, l'existence de l'état superferromagnetic (SFM) dipolaire est prédite. Toutefois, une preuve expérimentale non-ambiguë d'un état SFM dipolaire dans les assemblées 3D réels reste jusqu'ici insaisissable. Ceci est probablement dû aux conditions géométriques et physiquess nécessaires pour induire un tel état; e.g., une forme ellipsoïdale de l'échantillon avec les NPs sur un réseau régulier de face centrée cubique (FCC) ou corps centré cubique (BCC), les NPs mono-dispersés et l'alignement parallèle de l'axe d'anisotropie de toutes les NPs.
Dans le projet DiSSCo-Hall, nous allons étudier ce nouveau état magnétique de la matière ; le superferromagnetism dipolaire (SFM) dans les supracristaux 3D constitués de nanoparticules magnétiques. Afin d'observer l'état SFM dipolaire, les sondes de Hall miniaturisées basées sur la technologie de Quantum Well (QWHS) seront développées. DiSSCo-Hall est unprojet de recherche interdisciplinaire et intersectoriel qui aborde des questions fondamentales dans le domaine du nanomagnétisme, de la nanochimie et de la métrologie. Le projet offrira en parallèle, comme produit final, une nouvelle classe de nanomatériaux magnétique fonctionnelle ainsi que des outils de détection de champ magnétique miniaturisé de grande haut précision. Ils ont un fort potentiel pour des applications industrielles dans de nombreux domaines tels que la réfrigération magnétique, la biotechnologie et la microélectronique.
Notre consortium est composé de quatre partenaires avec des compétences complémentaires couvrant les diverses domaines scientifiques et techniques de la chimie, de la physique, de la théorie et de l'instrumentation.
• Partenaire 1 (coordinnateur ) : IRAMIS ( Institut Rayonnement Matière de Saclay de, Commissariat à l’ Energie atomique et aux Energies Alternatives )
• Partenaire 2 : MONARIS (CNRS UMR 8223 et l'Université Pierre et Marie Curie)
• Partenaire 3 : ICMPE (CNRS UMR 7182 et Université Paris Est)
• Partenaire 4 : ITRON -France
Quelles sont les limites chimiques et physiques qui rendent un état SFM dipolaire possible? Comment se comparent-ils aux prédictions théoriques? Quelles seront les utilisations potentielles de ces nouveaux matériaux magnétiques? Voici les quelques  questions auxquelles nous allons répondre dans le projet DiSSCo-Hall.