Soutenance de thèse de Michel DAHER MANSOUR

L'intérêt pour les propriétés magnétiques des nanostructures de métaux de transition (TM) et de lanthanides de faible dimensionnalité n’a cessé de croitre au cours des deux dernières décennies, tant pour leur intérêt en recherche fondamentale que pour la perspective d’applications technologiques. De manière remarquable, les propriétés magnétiques des nanostructures peuvent être ajustées en contrôlant leur géométrie, leur structure atomique et leur environnement chimique. Les nanostructures magnétiques unidimensionnelles (1D) sont connues pour présenter une aimantation exaltée et une forte anisotropie magnétique comparées aux matériaux massifs et aux films bidimensionnels (2D). Cependant, la fabrication de ce type de nano-aimants à grande échelle représente un verrou technologique. La croissance auto-organisée est prometteuse pour synthétiser, sur de grande surfaces, de fortes densités de nanostructures homogènes et de forme contrôlée à l'échelle atomique. Dans cette thèse, un gabarit 1D composé de nanorubans (NRs) de Si auto-organisés est utilisé pour guider la croissance de nanolignes (NLs) de TM (Co, Ni, Fe) dans le but d’étudier leurs propriétés magnétiques. La géométrie et la structure atomique des NRs de Si et des NLs de métaux ont été étudiées in situ par microscopie par effet tunnel (STM). Nous nous sommes également intéressés aux mécanismes de croissance en explorant l’effet de différents paramètres physiques (température et taux de couverture). En ce qui concerne le silicium, notre étude montre qu’une température de 490 K est nécessaire pour obtenir un gabarit 1D hautement ordonné. Les résultats obtenus sur les TM ont permis de déterminer la géométrie et la structure des NLs. Pour accéder aux propriétés magnétiques des NLs de Co sur Si, des mesures par dichroïsme magnétique circulaire des rayons x (XMCD) ont été effectuées en température (4 K - 100 K), en utilisant différentes orientations du champ magnétique. Les résultats montrent que les deux premières couches de Co directement adsorbées sur les NRs présentent une réponse magnétique faible, tandis que les couches supérieures présentent une aimantation exaltée. De manière remarquable, deux axes d’anisotropie dans le plan ont été mis en évidence. Les moments magnétiques (spin et orbital) et l'énergie d’anisotropie magnétique ont été déterminés quantitativement. Les études en température suggèrent un comportement superparamagnétique, avec une température de blocage très basse comprise entre 20 et 40 K. Enfin, nous présentons des résultats préliminaires concernant la croissance de molécules à base de porphyrines et de composés organométalliques auto-assemblées, dans la perspective de former des réseaux moléculaires supportés avec des propriétés magnétiques ajustées.

Interest in the magnetic properties of low dimensional transition metal (TM) and lanthanide nanostructures has seen an unprecedented rise in the last two decades due to both their fundamental interest and perspectives of technological applications. Remarkably, the magnetic properties of nanostructures can be tuned by controlling their geometry, atomic structure and chemical environments. One dimensional (1D) magnetic nanostructures are known to exhibit exalted magnetization and strong anisotropic behavior compared to bulk material and two-dimensional (2D) films. However, the fabrication of such nanomagnet using scalable process remains challenging. A promising way to produce high densities of homogeneous surface-supported nanostructures with controlled shape at the atomic scale relies on the self-organized growth. In this thesis, a 1D template composed of self-organized Si nanoribbons (NRs) is used to grow TM (Co, Ni, Fe) nanolines (NLs), prior to the characterization of their magnetic properties. The geometries and the atomic structure of both the Si NRs and the metal NLs were investigated in situ by scanning tunneling microscopy (STM). The growth mechanisms were investigated by exploring a large set of growth conditions (temperature and coverage). Regarding the Si growth, our study shows that a temperature of 490 K is necessary to obtain a long-range ordered 1D template. Concerning the TM study, the results resolved the NL geometries and atomic structures. To access the magnetic properties of the Co NLs on Si, x-ray magnetic circular dichroism (XMCD) measurements were performed in temperature (4 K – 100 K), using different magnetic field orientations. The results show that the first two Co layers directly adsorbed onto the Si NRs present a weak magnetic response while the upper Co layers exhibit an enhanced magnetization. Remarkably, two in-plane easy axes of magnetization were evidenced. The magnetic moments (spin and orbital) and the magnetic anisotropic energy are determined quantitatively. Temperature dependent investigations strongly suggest a superparamagnetic behavior, with a very low blocking temperature, between 20 and 40 K. Finally, we show preliminary results concerning the growth of self-assembled porphyrin-based molecules and organometallic compounds, in the purpose to form surface-supported molecular networks with tuned magnetic properties