Publication

Rare Earth and Bimetallic Transition Metal Islands at Surfaces

Dimitrios Mousadakos
2017
Thèse EPFL
Résumé

This thesis reports on the growth and on the magnetic characterization of nanostructures made of 3d-4d transition metals and rare earths. In all the experiments the nanostructures have been grown by atomic beam epitaxy (ABE) in ultra high vacuum conditions (UHV) by performing growth steps with the precise selection of external parameters as: the deposition flux F, the sample deposition temperature Tdep and the sample annealing temperature Tann . The morphological and magnetic properties of the nanostructures have been characterized by performing two in situ measurement techniques in our experimental setup, namely: scanning tunneling microscopy (STM) and magneto-optical Kerr effect (MOKE). The first aims of the thesis consisted in the formation of a supperlattice of rare earth on the graphene moiré pattern induced by the lattice mismatch of a single graphene layer grown on Ir(111) crystal surface. We report the first cluster supperlattice made of rare earths, namely Sm, where clusters nucleate in registry with the moiré pattern, forming a superlattice for deposition temperatures between 80 K and 110 K. Within this temperature range, the Sm supperlattice shows long-range order extending over several tens of nanometers and a cluster size distribution competing with the finest superlattices grown by ABE. Sm cluster spatial order is preserved, up to a coverage of 0.5 ML yielding a mean cluster size of 50 atoms, while for higher coverages coalescence starts. Moreover, Sm clusters with a mean size of 9 atoms are thermally stable up to Tann = 130 K from where on the order is lost and the density reduces progressively by cluster coalescence. Similar experiments carried out for Dy in the same deposition temperature range show the absence of cluster arrays. The second part focused on the enhancement of the MAE of bimetallic nanostructures, grown on Pt(111), having a Co-core by forming atomically sharp interlines and interfaces with three 4d elements, namely Ag, Pd and Rh. Our approach is based on the experimental measurement of the island magnetic susceptibility x(T) and morphology by means of MOKE and STM, respectively, combined with magnetic simulation analysis in order to quantify the different contributions to the island magnetic anisotropy. The monolayer capping for all studied elements contributes positively to the out-of-plane MAE of Co islands, with Pd giving the largest increase in the magnetic hardness. In addition, the capping with two Pd monolayers of pure Co islands maximizes the blocking temperature Tb . However, the lateral decoration of Co islands with all elements contributes negatively to MAE, with the Co/Pd shell giving the smallest effect and Rh the largest. Morphologically, Ag was found to produce a partial decoration of the Co island edges while Rh completely decorates laterally Co islands forming a rim of irregular shape without nucleating on top of Co islands for the used deposition parameters. Simulations of the magnetization reversal process by using coherent rotation (CR) and/or domain wall nucleation and propagation (DW) reversal models including different contributions to the MAE for atoms located at the interface (Ks) and at interline (Kp) and an exchange interaction between Co and 4d transition metals have reproduced the experimental x'(T) and x''(T) curves.

À propos de ce résultat
Cette page est générée automatiquement et peut contenir des informations qui ne sont pas correctes, complètes, à jour ou pertinentes par rapport à votre recherche. Il en va de même pour toutes les autres pages de ce site. Veillez à vérifier les informations auprès des sources officielles de l'EPFL.
Concepts associés (35)
Ablation laser pulsé
L'ablation laser pulsé (en anglais Pulsed Laser Deposition ou PLD) est une méthode de dépôt en couches minces utilisant un laser de très forte puissance. Elle permet de facilement produire divers alliages binaires. Expérimentée pour la première fois en 1965, par H.M. Smith et A.F. Turner, la découverte de l'ablation laser pulsé fait suite aux récentes avancées concernant l'étude et la compréhension des phénomènes d'interactions entre les lasers et les surfaces solides.
Métal de transition
Un métal de transition, ou élément de transition, est, selon la définition de l'IUPAC, « un élément chimique dont les atomes ont une sous-couche électronique d incomplète, ou qui peuvent former des cations dont la sous-couche électronique d est incomplète ». Cette définition correspond à des éléments partageant un ensemble de propriétés communes. Comme tous les métaux, ce sont de bons conducteurs de l'électricité. Ils sont solides dans les conditions normales de température et de pression, avec une masse volumique et une température de fusion élevées.
Dépôt chimique en phase vapeur
vignette|Schéma d'un CVD Le dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD pour l'anglais chemical vapor deposition) est une méthode de dépôt sous vide de films minces, à partir de précurseurs gazeux. La CVD est un procédé utilisé pour produire des matériaux solides de haute performance, et de grande pureté. Ce procédé est souvent utilisé dans l'industrie du semi-conducteur pour produire des couches minces. Dans un procédé CVD typique, le substrat est exposé à un ou plusieurs précurseurs en phase gazeuse, qui réagissent et/ou se décomposent à la surface du substrat pour générer le dépôt désiré.
Afficher plus
Publications associées (78)

Valence Orbitals Driving the Spin Dynamics in a Rare-Earth Single-Atom Magnet

Harald Brune, François Patthey, Stefano Rusponi, Marina Pivetta, Dante Philippe Sblendorio, Alberto Curcella

We combine spin-polarized scanning tunneling microscopy with quantum master equation analysis to investigate the spin dynamics of the single atom magnet Dy on graphene/Ir(111). By performing reading and writing experiments, we show that the strongly spin p ...
AMER PHYSICAL SOC2023

Magnetism and metal-organic self-assembly of rare-earth atoms on decoupling layers

Sébastien Reynaud

This thesis presents investigations of magnetic and structural properties of two dimensional metal-organic frameworks and of single atoms, both adsorbed on decoupling layers grown on metal surfaces, with focus on rare earth elements.We first report on a se ...
EPFL2022

van der Waals Epitaxy of Co10–xZn10–yMnx+y Thin Films: Chemical Composition Engineering and Magnetic Properties

Anna Fontcuberta i Morral, Dirk Grundler, Ping Che, Mohammad Hamdi, Andrea Mucchietto, Jean-Baptiste Leran, Simon Robert Escobar Steinvall, Rajrupa Paul

Topologically protected magnetic skyrmions have raised interest for future spintronics applications. One of the main challenges is the synthesis of room temperature skyrmion-hosting materials that are compatible with thin-film technology. We present an app ...
2021
Afficher plus
MOOCs associés (28)
Micro and Nanofabrication (MEMS)
Learn the fundamentals of microfabrication and nanofabrication by using the most effective techniques in a cleanroom environment.
Microstructure Fabrication Technologies I
Learn the fundamentals of microfabrication and nanofabrication by using the most effective techniques in a cleanroom environment.
Micro and Nanofabrication (MEMS)
Learn the fundamentals of microfabrication and nanofabrication by using the most effective techniques in a cleanroom environment.
Afficher plus

Graph Chatbot

Chattez avec Graph Search

Posez n’importe quelle question sur les cours, conférences, exercices, recherches, actualités, etc. de l’EPFL ou essayez les exemples de questions ci-dessous.

AVERTISSEMENT : Le chatbot Graph n'est pas programmé pour fournir des réponses explicites ou catégoriques à vos questions. Il transforme plutôt vos questions en demandes API qui sont distribuées aux différents services informatiques officiellement administrés par l'EPFL. Son but est uniquement de collecter et de recommander des références pertinentes à des contenus que vous pouvez explorer pour vous aider à répondre à vos questions.