Cette thèse est consacrée à l’étude des propriétés magnétiques de nanoparticules antiferromagnétiques de ferritine artificielle par spectroscopie Mössbauer sur 57Fe et par magnétométrie. Nous avons en premier déterminé la constante d’anisotropie magnétocristalline, qui varie entre 3 et 6 × 105 ergs/cm3 dans nos échantillons. Nous avons tenté de rendre cohérents les résultats obtenus avec les deux techniques à plus haut champ (7 T), et contrairement à ce qui était jusqu’à présent admis, nous montrons que l’aimantation non-compensée des cœurs de ferritine ne suit pas une loi de Langevin dans le régime superparamagnétique : les moments non-compensés fluctuent pratiquement le long des axes faciles, et il est plus correct de décrire l’aimantation par une nouvelle fonction qui tient compte de la prédominance de l’anisotropie cristalline dans les antiferromagnétiques. Nous avons réalisé une étude des propriétés de la ferritine à basse température, constituée d’une mesure d’aimantation à très fort champ (30 T) à 2.5 K, de mesures de boucle d’hystérèse jusqu’à 5.5 T à 2.5 K, et d’un spectre Mössbauer à 34 mK. Nous avons interprété la courbe d’aimantation à l’aide du « superantiferromagnétisme » prédit par Néel, qui consiste en une augmentation de la susceptibilité antiferromagnétique dans les nanoparticules avec un nombre N pair de plans réticulaires « actifs ». Nous obtenons un bon accord avec l’expérience avec N = 8, ce qui est compatible avec la taille de nos particules. Nous avons développé un modèle pour rendre compte de la boucle d’hystérèse dans la ferritine en attribuant les irréversibilités au renversement des moments non-compensés. Enfin, le spectre Mössbauer à 34 mK a montré l’absence de fluctuations tunnel incohérentes avec des fréquences supérieures à 108 Hz, ce qui remet en cause les observations antérieures.
Mots-clés : Superantiferromagnetisme ; Etude expérimentale ; Ferritine ; Nanoparticule ; Effet champ magnétique ; Hystérésis magnétique ; Anisotropie magnétique ; Aimantation ; Effet Mössbauer.
Magnetic properties of nanoparticles of antiferromagnetic artificial ferritin
Keywords: Experimental study; Ferritin; Nanoparticles ; Magnetic field effects ; Magnetic hysteresis ; Magnetic anisotropy ; Magnetization ; Moessbauer effect ;
IRAMIS/SPEC