Nanofils ferromagnétiques en matrice de CeO2 et de SrTiO3 : de la compréhension de la structure locale aux propriétés magnétiques 1

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1 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 CeO2 et de SrTiO3 : de la compréhension de la structure locale aux propriétés magnétiques 1 Soutenue le 10 juillet 2015 Devant le jury composé de Rapporteurs : Examinateur : Directeurs de thèse : Mr. PRIETO DE CASTRO, Carlos Andrés Professeur des Universités - Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM) Mr. DOMENICHINI Bruno Professeur des Universités- Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB) Mr. ANDREAZZA Pascal Maître de Conférences- Interfaces, Confinement, Matériaux et Nanostructures (ICMN) 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 1 Thèse préparée au Synchrotron SOLEIL (Ligne SAMBA) et au Laboratoire GEMaC (Groupe d Etude de la Matière Condensée)

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5 α.

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11 Table des matières

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16 α α

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30 ψ ~ > ( ) II. -1

31 - - -

32 XANES EXAFS Avant-seuil

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34 - 0 II.2-2

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37 = 0 2 ( + + ) II. - φ δ c

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39 2 2

40 3 3,5 2 (a) Data 3,0 (b) Data Window 1 2,5 k 2 (k) (A -2 ) 0-1 (R) (A -3 ) 2,0 1,5 1,0-2 0, , k (A -1 ) R (A) 3,5 2 Data (c) First shell fit 3,0 (d) Data First shell fit 1 2,5 Re( (q)) (A -2 ) 0-1 (R) (A -3 ) 2,0 1,5 1,0-2 0, q (A -1 ) 0, R (A) [ + ] = II. -

41 = + II. -

42 = II. - ~,, ( ) II II. -

43 Normalized absorption 9.0 A 8.0 A 7.1 A 6.1 A 5.0 A 4.0 A 2.5 A Energy (ev) θ = = 1 II. -

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48 = = = II. -1

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51 = % II. - =. 11 =. 1 8 II. - = é h II. - [ ] = = 1 =. 1 =. 1 II. - II. - = %. =.1. 1 II. -

52 [. ] = II. -

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58 Normalized absorbance CoO Co5% CeO 2 Co7,5% CeO 2 Co12% CeO 2 Co4% CeO 2 Co15% CeO 2 Co-foil Energy (ev)

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61 = 1 (1 ) III. 1-1

62 3,6 3,6 (R) (A -3 ) 3,2 2,8 2,4 2,0 1,6 1,2 0,8 (a) Co5%CeO2 Data Fit (R) (A -3 ) 3,2 2,8 2,4 2,0 1,6 1,2 0,8 (b) Co7.5%CeO2 Data Fit 0,4 0,4 (R) (A -3 ) 0, ,0 3,6 3,2 2,8 2,4 2,0 1,6 1,2 0,8 0,4 R (A) 0, ,6 (c) R (A) Co12%CeO2 Data Fit (R) (A -3 ) 0, ,6 3,2 2,8 2,4 2,0 1,6 1,2 0,8 0,4 (d) R (A) 0, R (A) Co4%CeO2 Data Fit (R) (A -3 ) 3,2 2,8 2,4 2,0 1,6 1,2 0,8 (e) Co15%CeO2 Data Fit 0,4 0, R (A) σ

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64 X-rays Linear Dichroism Normalized Absorption 0,02 0,00-0,02-0,04 (a) Normal Grazing Linear Fit of In plane (b) Energy (ev) Energy (ev) Co15% CeO 2

65 k (k) (A -1 ) 0,75 0,50 0,25 0,00-0,25 (a) Along nanowire In plane (R) (A -3 ) -0, ,6 0,4 0,2 (b) k (A -1 ) Along nanowire In plane 0, R (A) σ

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67 Magnetization ( B/Co) H(Oe) = 1 ( ) 0 III. 1-

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69 - = 0

70 - ~ 0 <

71 Normalized Absorbance 2.5 % of Co Data Theory Energy (ev)

72 σ σ σ σ

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74 σ

75 6 min (58 C) 1h20 (650 C) end of cooling (RT) k k k (A -1 )

76 (a) Co-Co 6 min (58 C) Data Fit (b) 1h20 (650 C) Data Fit R R Co-Co R (A) R (A) (c) Co-Co end of cooling (RT) Data Fit R R (A) σ

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79 σ σ

80 Normalized Absorbance As-grown Oxidized Annealed under UHV Energy (ev)

81 k (k) (A -1 ) annealed as-grown R (A) σ

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83 .

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85

86 Normalized absorbance Co 3 O 4 Co5% CeO 2 initial oxidation Energy (ev)

87 Normalized absorbance Co5% CeO 2 reduced after 1 day Co5% CeO 2 after H 2 reduction Energy (ev)

88 Normalized absorbance 0h 1h30 6h Energy (ev)

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90 Normalized Absorption 252 min 228 min 224 min 190 min 165 min 149 min 131 min 111 min 76 min 51 min 11 min 0 min Energy (ev)

91

92 Normalized Absorption 0 min 84 min 102 min 135 min 211 min 296 min (end) Energy (ev) 1,0 0,8 0,6 % CoO 0,4 0,2 0, Time (min)

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99 3,5 3,5 3,0 (a) Ni-Ni Data Fit 3,0 (b) Ni-Ni Data Fit 2,5 2,5 (R) (A -3 ) 2,0 1,5 1,0 (R) (A -3 ) 2,0 1,5 1,0 0,5 0,5 0, , R (A) R (A) 4,0 3,5 3,0 (c) Ni-Ni Data Fit 2,5 (R) (A -3 ) 2,0 1,5 1,0 0,5 0, R (A)

100 σ

101 σ (R) (A -3 ) (R) (A -3 ) 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 (a) Data Self-absorption correction R (A) (b) R (A) Data Self-absorption correction

102 Normalized Absorption Normal Grazing Energy (ev)

103 σ

104 Normalized Absorbance (a) Grazing Normal Normalized Absorbance (b) Grazing Normal Energy (ev) Energy (ev) Normalized Absorption (c) Normal Grazing Energy (ev)

105 1x10-4 Magnetic moment (emu) 1x10-4 7x10-5 3x x x x10-4 Ni25% CeO 2 300K -1x Magnetic field (Oe) 10 Magnetic moment (10-6 emu) Data Fit Temperature (K)

106 = 0 1 β β β β

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110 A B

111 σ σ

112 (R) (A -3 ) 4,0 3,5 3,0 2,5 (a) 2,0 1,5 1,0 0,5 0, R (A) Data Fit (R) (A -3 ) 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 (b) R (A) Data Fit

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115 σ σ

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123 γ α

124 α γ

125 α α Normalized Absorption -Fe 2 O 3 -Fe 2 O 3 Fe 3 O 4 FeO Fe-foil Energy (ev)

126 α γ γ α

127 Normalized Absorption Fe10% CeO 2 Fe14% CeO 2 Fe14% CeO 2 fit Energy (ev) (a) k (k) (A -1 ) Fe14% CeO 2 Fe10% CeO R (A) (R) (A -3 ) (b) Fe14% CeO 2 Fe10% CeO R (A)

128 α γ σ α γ σ

129 Normalized Absorption Oxygen_Fe14% CeO 2 Fe10% CeO 2 Fe14% CeO Energy (ev) Fe-O Oxygen_Fe14% CeO 2 Oxygen_Fe14% CeO 2 fit (R) (A -3 ) R (A)

130 α γ σ

131

132 α

133 Normalized Absorption Fe14% STO'_1 Fe14% STO'_2 Fe10% STO' Fe14% STO'_1 fit Energy(eV)

134 (a) k (k) (A -1 ) Fe14% STO'_1 Fe14% STO'_2 Fe10% STO' R (A) (R) (A -3 ) (b) Fe14% STO'_1 Fe14% STO'_2 Fe10% STO' R (A) α γ σ

135 α γ σ

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137 6,0x10-5 6,0x10-5 Magnetic moment (emu) 4,0x10-5 2,0x10-5 0,0-2,0x ,0x ,0x10-5 (a) In plane Out of plane Magnetic moment (emu) 4,0x10-5 2,0x10-5 0,0-2,0x ,0x ,0x10-5 (b) In plane Out of plane Magnetic field (Oe) Magnetic field (Oe) Magnetic moment (emu) 6,0x10-5 4,0x10-5 2,0x10-5 0,0-2,0x ,0x ,0x10-5 (c) In plane Out of plane Magnetic moment (emu) 6,0x10-5 4,0x10-5 2,0x10-5 0,0-2,0x ,0x ,0x10-5 (d) In plane Out of plane Magnetic field (Oe) Magnetic field (Oe)

138 4,0x10-5 4,0x10-5 Magnetic moment (emu) 2,0x10-5 0,0-2,0x10-5 (a) In plane Out of plane Magnetic moment (emu) 2,0x10-5 0,0-2,0x10-5 (b) In plane Out of plane -4,0x ,0x Magnetic field (Oe) Magnetic field (Oe) 4,0x10-5 4,0x10-5 Magnetic moment (emu) 2,0x10-5 0,0-2,0x10-5 (c) In plane Out of plane Magnetic moment (emu) 2,0x10-5 0,0-2,0x10-5 (d) In plane Out of plane -4,0x ,0x Magnetic field (Oe) Magnetic field (Oe)

139 Normalized Absorption Oxygen_Fe14% STO' Fe14% STO'_ Energy(eV) Fe-O experiment fit (R) (A -3 ) Fe-Ti R (A)

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141 α γ σ σ σ

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