Projet ANR-10-JCJC-0410 – MARVEL : Spectroscopie de force par résonance magnétique d’une nanoparticule magnétique individuelle
Programme : JCJC : Sciences de l'information, de la matière et de l'ingénierie : Constituants fondamentaux de la matière, physique de la matière condensée (JCJC SIMI 4) 2010
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Monsieur Grégoire de Loubens (CEA ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES)
Partenaires : Institut Rayonnement et Matière de Saclay
Montant : 165000.0 euros
Durée : 48 mois
Résumé : La nature exacte des mécanismes de relaxation dans les nanoparticules magnétiques (MNPs), à l'interface entre le régime de dynamique quantique et la thermodynamique classique, reste une question ouverte aujourd'hui. En outre, progresser dans notre compréhension de la relaxation dans des systèmes de quelques milliers de spins pourrait ouvrir de nouvelles opportunités dans des domaines tels que l'électronique de spin, où le paramètre d'amortissement magnétique joue un rôle crucial.
Le but de ce projet est d'étudier les mécanismes de relaxation dans des MNPs individuelles (diamètre inférieur à 20 nm), qui seront préparées par voie chimique. Contrairement aux études effectuées sur des ensembles, insensibles aux différences inévitables entre particules, les mesures de dynamique de l'aimantation à l'échelle de MNPs individuelles ne moyennent pas les caractéristiques spectrales. Ceci est un atout très important pour la caractérisation des propriétés magnétiques, et plus particulièrement de la relaxation. De plus, un fort soutien théorique, basé sur des calculs analytiques et des simulations numériques, est prévu pour l'interprétation des résultats expérimentaux. Le programme proposé dans ce projet représente donc une opportunité unique de progresser dans la compréhension fondamentale de la physique de la relaxation magnétique et d'étudier de nouveaux mécanismes permettant de la contrôler.
Dans ce but, des expériences sous fort champ magnétique (< 7 Teslas) et en fonction de la température (4 K – 300 K) seront menées sur des MNPs en utilisant une technique originale et extrêmement sensible : la microscopie de force par résonance magnétique (MRFM). En MRFM, une sonde magnétique créant un fort gradient de champ magnétique est couplée dipolairement à l'échantillon et attachée à l'extrémité d'un levier très souple. Ce dernier est utilisé pour détecter mécaniquement les variations de force produites par la MNP individuelle située dans le gradient de champ lorsqu'elle est excitée par un champ magnétique haute fréquence créé par une antenne micro-onde. Cette technique permet de mesurer la composante longitudinale de l'aimantation, qui est directement proportionnelle à l'énergie emmagasinée dans le système de spins, et a la sensibilité requise pour détecter le signal d'une MNP unique. La résonance magnétique permet de sonder la dynamique de l'aimantation dans le régime des petits angles de précession, ce qui en fait une technique de choix pour l'étude des processus de relaxation au voisinage de l'équilibre. En particulier, les expériences proposées permettront de mesurer le paramètre d'amortissement magnétique à l'échelle nanométrique, puisque la MRFM permet de détecter la largeur de raie intrinsèque dans des nanostructures magnétiques. Les phénomènes de relaxation dans le régime non-linéaire à haute puissance seront également étudiés et comparés avec le régime linéaire. Enfin, cette technique de MRFM permet de mesurer des MNPs différemment couplées à l'environnement (par exemple, un réservoir d'électrons), ce qui permettra d'étudier les processus de relaxation dans différentes limites.