Accueil > Français > A noter > Faits marquants > Highlights 2010

Comment la température provoque des fluctuations magnétiques dans des nanoparticules de cobalt ?


Comment la température provoque des fluctuations magnétiques dans des nanoparticules de cobalt ?

Les nanoparticules magnétiques attirent actuellement un grand intérêt en raison de leur fort potentiel d’application, que ce soit dans le domaine du stockage magnétique d’informations (dans les disques dur en particuliers) ou dans de nouvelles applications médicales (agents de contraste pour l’IRM et hyperthermie). L’une des propriétés remarquables de ces nanostructures est que la direction de l’aimantation peut devenir instable en raison de l’agitation thermique, si bien que l’aimantation fluctue aléatoirement entre deux directions stables. C’est ce que l’on appelle le superparamagnétisme. Ce phénomènes constitue une des grandes limites à l’augmentation de la densité des mémoires magnétiques mais est mis à profit dans les applications médicales pour l’hyperthermie (augmentation locale de la chaleur corporelle grâce aux fluctuations de l’aimantation des nanoparticules).

 

Pour expliquer ce phénomène, on a longtemps pensé que le problème pouvait être simplifié en décrivant chaque nanoparticule par un moment magnétique moyen, résultant de la somme de tous les moments des atomes de la particule. On oublie alors tous les degrés de libertés internes et les excitations au sein même de la particule. Si plusieurs expériences ont, par le passé, justifié une telle démarche à quelques milikelvin, sa validité à de plus hautes température n’était pas claire. Une collaboration entre le Laboratoire de Physique des Solides et le laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques de l’université Paris 7, a étudié un ensemble de nanoparticules de cobalt auto-organisées sur une surface d’or. Ces particules ayant presque toutes la même taille, il devient possible de remonter aux propriétés d’une particule unique par des mesures d’aimantation moyennées sur l’ensemble. Ces mesures ont alors pointé les limites de la description de moment magnétique moyen et en particulier, les fluctuations de l’aimantation sont bien plus rapides que ce qui est attendu. Nous avons alors développé un nouveau modèle autorisant l’ensemble des degrés de liberté internes des nanoparticules, c’est-à-dire que le retournement de l’aimantation est décrit atome par atome, et en incluant spécifiquement la température. Ce modèle à montré que des modes propres sous formes d’ondes de spin peuvent être excités par la température et provoquer une augmentation des fluctuations superparamagnétiques des nanoparticules magnétiques.

 

 

Figure 1 : Calcul des modes de résonnance excités par la température au sein d’une particule de cobalt de 5 nm de diamètre. Le premier mode à basse fréquence correspond à l’excitation uniforme tandis que le deuxième correspond à un degré de liberté interne de la particule.

 

Contact : S. Rohart (rohart@lps.u-psud.fr)

Référence : http://prl.aps.org/abstract/PRL/v104/i13/e137202