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Statique et dynamique d'assemblées de nanoparticules magnétiques en interactions

Par monsieur Mohand AEGGAGH Discipline : PHYSIQUE

Nous avons étudié l'effet des interactions dipôle-dipôle (DDI) sur les propriétés statiques et dynamiques d'assemblées de nanoparticules magnétiques, tenant compte des distributions de volume et des axes d'anisotropies et du champ magnétique. Nous avons obtenu des expressions analytiques (approchées) de l'aimantation en fonction du champ, de l'anisotropie et des DDI que nous avons confrontées au calcul numérique (Monte Carlo). Nous avons montré qu'à cause des deux dernières contributions, l'aimantation ne peut être décrite par la loi de Langevin, fréquemment utilisée. Le comportement dynamique de l'assemblée a été étudié en tenant compte de l'effet des DDI sur le temps de relaxation longitudinale et sur l'aimantation zero-field-cooled (ZFC). Nous avons montré que les DDI diminuent le volume critique de l'assemblée qui sépare entre les populations de particules superparamagnétiques et bloquées. Il a été montré que le maximum de Tmax(H) subit un déplacement vers les basses valeurs du champ appliqué quand les DDI sont augmentées. Ce qui explique les observations expérimentales correspondantes et, en particulier, la modification du comportement de cette fonction d'une courbe en cloche à celle d'une fonction monotone décroissante avec les DDI. Nous avons souligné l'importance du rôle joué par l'amortissement en présence d'un champ transverse. De plus, en comparant les résultats obtenus sur des assemblées à anisotropie orientée avec celles à anisotropie aléatoire, nous avons montré l'importance de la texture sur la variation du volume critique d'une assemblée en interaction. Finalement, en utilisant des travaux récents sur la modélisation des effets de surface par une approche effective, nous avons étudié la compétition entre cette dernière et les DDI et avons fourni une explication plausible du phénomène observé. Abstract : We have investigated the effects of dipole-dipole interactions (DDI) on the static and dynamic properties of an assembly of magnetic nanoparticles taking account of the volume and anisotropy axes distributions and the applied magnetic field. We have obtain (approximate) analytical expressions of the magnetization as a function of the applied field, the anisotropy and the intensity of DDI. We have shown that, because of the anisotropy and the interactions, the magnetization can not be described by the Langevin function commonly used in the literature. We have also used the numerical Monte Carlo method to validate these results. The dynamical behaviour of the assembly has been studied by investigating the effect of DDI on the longitudinal relaxation time and thereby on the zero-field-cooled (ZFC) magnetization. We have shown that the effect of DDI is to lower the critical volume of the assembly which separates the dominating populations of blocked and superparamagnetic particles. It has been shown that the maximum of Tmax(H) shifts towards low values of the applied field as the intensity of DDI increases. Our results explain the corresponding experimental observations. In particular, the temperature at the maximum of the ZFC magnetization, as a function of the applied field, changes from a bell-like to a monotonically decreasing curve when the intensity of DDI increases. We emphasized the important role played by damping in the presence of a transverse field provided here by the DDI. In addition, comparing the results for textured and random anisotropy distributions, we have shown that the anisotropy texture play an important role in the variation of the critical volume of an interacting assembly. Finally, using recent works modeling surface within a effective approach, we investigate the competition between the later and DDI and provide a plausible explanation of the observed phenomena.
Informations complémentaires
Denis LEDUE, Professeur des Universités, à l'Université de ROUEN, UMR 6634 - Rapporteur Yuriy RAIKHER, Professeur des Universités, à l'Université « Ural Branch of RAS », RUSSIE - Rapporteur Hamid KACHKACHI, Professeur des Universités à l'Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines - Directeur de thèse Jorge LINARES, Professeur des Universités à l'Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines - Examinateur Andrei STACHKEVITCH, Professeur des Universités à l'Université de Paris XIII, Institut Galilée - Examinateur Edgar BONET, Chargé de recherche, Habilité à Diriger des recherches à l'Institut de Louis Néel, Grenoble - Examinateur