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Zeinab Kataya
Sujet de thèse : Structure et ordre chimique de nanoparticules alliées et coeur-coquille à base de Co et/ou Pt, Ag
Encadrants : Caroline Andreazza-Vignolle, Pascal Andreazza
Résumé : L’élaboration de nanoparticules de métaux de transition fait l’objet de recherches actives tant d’un point de vue fondamental que des applications notamment dans les domaines de la catalyse, l’optique ou l’enregistrement magnétique. Ces particules sont des objets formés de quelques dizaines à quelques milliers d’atomes. Dans cette gamme de tailles intermédiaires entre la molécule et la matière condensée (quelques nanomètres), où la portée des interactions est supérieure ou égale à la taille des objets, les nanoparticules peuvent présenter des géométries et propriétés originales et uniques. D’un point de vue thermodynamique, l’arrangement des atomes peut différer de celui du solide et conduire à des structures de symétrie 5 ou à un désordre structural à plus basse température que dans le massif. De plus pour les systèmes bimétalliques, l’ajout d’un second métal complexifie la gamme de structures possibles (nanoalliages désordonnés ou ordonnés chimiquement, ségrégation de surface…). En plus des effets de taille réduite, les caractéristiques morphologiques et structurales des nanoparticules sont profondément dépendantes de la méthode d’élaboration et des mécanismes cinétiques intervenant lors de leur formation. Enfin, le contact de telles particules avec leur environnement peut induire des modifications importantes de leur structure et de leurs propriétés.
Au cours de cette thèse, des nanoparticules du système Co-Pt (qui présente une forte tendance à l’ordre) et du système Co-Ag (qui présente au contraire une forte tendance à la séparation de phase pouvant mener à des particules dites cœur-coquille), d’une taille de 1 à 10 nm et élaborées par évaporation/condensation sous ultravide, seront étudiées. L’objectif principal est l’étude des phénomènes d’ordre-désordre, de ségrégation et de transition morphologique dans des clusters alliés ou cœur-coquille. Ainsi, il s’agira d’atteindre un contrôle précis de la structure et de la morphologie, de nanoparticules dans des configurations « alliées » et « cœur coquille » en corrélation avec leur comportement magnétique
Compte tenu de la taille des objets, il est indispensable de combiner plusieurs méthodes d’investigation permettant d’analyser les comportements morphologiques et structuraux, notamment pendant leur formation tout en contrôlant leur environnement. Le couplage de techniques de microscopie électronique et de diffusion des rayons X aux petits angles et aux grands angles en incidence rasante (expériences effectuées en rayonnement synchrotron à Soleil ou à l’ESRF) seront notamment utilisées pour comprendre les mécanismes qui mènent à telle ou telle structure, et répondre aux interrogations concernant les effets de ségrégation, de frustrations dues à la quantité de matière finie ou encore les effets dus à la cinétique de formation des objets ou à leur environnement.
