Matériaux magnétiques nanostructurés : de la synthèse par polyol à l'exchange bias via le couplage interfacial

Cette thèse explore la synthèse, la caractérisation structurale et les propriétés magnétiques des matériaux nanostructurés, en se concentrant sur la synthèse polyolique du CoO et des systèmes à base de ferrites. L'objectif est de comprendre les mécanismes de formation des nanoparticules et de concevoir des nanocomposites cœur-satellite présentant des interactions magnétiques interfaciales, notamment l'effet d'exchange bias. La première partie de la thèse porte sur l'optimisation de la synthèse du CoO. Le CoO, un antiferromagnétique anisotrope à structure de type sel gemme, est largement étudié pour son fort couplage d'échange dans les systèmes composites. Sa synthèse par la méthode polyolique reste peu explorée en termes de contrôle des paramètres. Ce travail examine systématiquement l'influence de la longueur de la chaîne du polyol, de la température et de la teneur en eau sur la taille, la morphologie et la pureté de phase des nanoparticules. En particulier, il est démontré que le remplacement du diéthylène glycol par du tétraéthylène glycol permet d'augmenter la température de réaction et d'améliorer ainsi le contrôle sur la formation des nanoparticules de CoO. La dépendance de la température de Néel à la taille cristalline est étudiée, révélant une tendance régulière, tandis que la présence d'impuretés magnétiques mineures est détectée et analysée. La deuxième partie s'intéresse aux mécanismes de nucléation et de croissance du CoO et de la ferrite de cobalt (CoFe2O4) par diffraction des rayons X synchrotron résolue en temps et diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS). Ces techniques permettent un suivi in situ de l'évolution des phases, offrant un aperçu des premières étapes de la formation des nanoparticules. L'analyse met en évidence la présence de clusters pré-nucléaires et suggère un assemblage progressif des particules primaires en agrégats plus grands. La comparaison entre CoO et CoFe'O' révèle des différences dans leur cinétique de croissance, apportant une compréhension plus approfondie de leurs mécanismes de formation en synthèse polyolique. La dernière partie explore le couplage interfacial dans les nanocomposites NiFe2O4-CoO, préparés selon une approche cœur-satellite. Le NiFe'O', ferrimagnétique doux à faible anisotropie, est associé au CoO hautement anisotrope pour améliorer la coercivité et induire un exchange bias. La caractérisation structurale et magnétique confirme la formation du composite, tandis que les mesures de magnétisation à basse température révèlent une augmentation significative de l'exchange bias par rapport aux systèmes CoFe2O4-CoO étudiés précédemment. Cette amélioration est attribuée à la réduction du désaccord d'anisotropie entre NiFe2O4 et CoO, favorisant un couplage interfacial plus fort. Ce travail démontre comment le contrôle synthétique et l'ingénierie des interfaces permettent d'ajuster les propriétés magnétiques des matériaux nanostructurés. Les résultats contribuent à une meilleure compréhension de l'exchange bias dans les composites ferrimagnétiques/antiferromagnétiques, avec des applications potentielles dans le stockage de données, la spintronique et les aimants permanents.