Some aspects of Magnetic Force Microscopy of hard magnetic films

International audienceA number of aspects of magnetic force microscopy (MFM) specific to the imaging of hard magnetic films have been studied. Firstly, we show that topographic images made in tapping mode with probes characterized by the moderate cantilever stiffness usual for MFM (1−4 N/m), contain artifacts due to strong probe-sample interactions which lead to probe retraction. As a result, stiffer cantilevers (e.g. 40 N/m) are better adapted to characterizing such hard magnetic films. Secondly, imaging with probes coated by a hard magnetic film leads to phase maps which show a twofold symmetry, with paired dark/light contrast on opposite domain edges along the direction of the cantilever. This is due to the tilt of the direction of tip magnetizaiton and direction of oscillation, with respect to the sample normal. Thirdly, due to the long-range nature of the stray field produced by hard magnetic films containing micron-sized domains, MFM phase contrast reflects the stray field itself, as opposed to that of its spatial derivatives, as is generally the case in MFM

Combined magnetic and chemical patterning for neural architectures

In vitro investigation of neural architectures requires cell positioning. For that purpose, micro-magnets have been developed on silicon substrates and combined with chemical patterning to attract cells to adhesive sites and keep them there during incubation. We have shown that the use of micro-magnets allows to achieve a high filling factor (~90%) of defined adhesive sites in neural networks and prevents migration of cells during growth. This approach has great potential for neural interfacing by providing accurate and time-stable coupling with integrated nanodevices

Nano/microstructures et films minces par laser impulsionnel nanoseconde

Ce mémoire fait état de mon activité de recherche menée principalement au sein de deux laboratoires, l’Institut Néel de Grenoble, UPR 2940, de l’Institut de Physique du CNRS et le laboratoire des "Sciences des Procédés et de Traitements de Surface" de Limoges, UMR 7315 de l'Univ. de Limoges et de l’Institut de Chimie du CNRS. Je présente, dans ce manuscrit, les recherches développées et les résultats marquants obtenus. Au cours de mon parcours, j’ai exploré des thèmes de recherche passionnants, orientés par les thématiques de mes laboratoires d’accueil (Electrodynamique des matériaux pour le LEMA (GREMAN-Tours), Magnétisme pour l’Institut Néel et Matériaux céramiques pour le SPCTS). Ce manuscrit a nécessité un effort particulier de synthèse car les thèmes abordés sont nombreux. Cette richesse thématique est notamment due à ma mutation sur concours en septembre 2012, de l’Institut Néel-Grenoble (Mcf-5 ans (2007-2012)) vers le SPCTS-Limoges (Mcf-5 ans (2012-2017)). Le nombre de mutations annuelles des Maitres de Conférences, dans les disciplines scientifiques et technologiques est faible, en moyenne de 2012 à 2014, il est d'environ 4 %. Je ne peux que regretter la faiblesse de ce chiffre tant la mutation est stimulante et enrichissante. Sortir du périmètre connu est une opportunité qui demande des contreparties, notamment un élargissement des thématiques de recherche. Mon parcours est ainsi jalonné de thématiques scientifiques diverses mais un fil conducteur s’est toutefois dégagé, car systématiquement présent dans tous les domaines développés : il réside dans l'utilisation d'un laser impulsionnel nanoseconde.Ces outils, constitueront donc l’élément conducteur de ce manuscrit et permettront de présenter au lecteur des recherches menées en équipe sur la réalisation de micro-aimants, la synthèse de NPs en vol ou encore le développement de films minces, dits intelligents, intégrés dans des micro-composants…Le chapitre A permettra d’introduire le développement de micro-aimants obtenu par un procédé fondé sur l’irradiation laser nanoseconde. Ce procédé montrera la progression de mes travaux au cours de ces années grâce aux compétences acquises et notamment des compétences sur l’interaction laser-matière (connaissances obtenues au SPCTS) et sur le magnétisme (connaissances acquises à l’Institut Néel). L’exploitation de la baisse de la coercivité d’un matériau ferromagnétique dur en fonction de la température constitue le fondement physique du procédé qui permet de renverser l’aimantation d’un certain volume du matériau. Nous montrerons ensuite la qualité des micro-aimants réalisés et présenterons diverses applications et micro-systèmes développés qui ont pu en découler.L’idée de "bâtir" de nouveaux matériaux à partir de briques élémentaires, i.e. de particules de taille nanométrique, constituées d’un nombre variable mais limité d’atomes, nous a conduit à la conception et la mise au point d’un dispositif combinant l’ablation laser et des jets supersoniques. Chronologiquement, c’est par ce procédé qu’ont débuté mes travaux de recherche et plus précisément l’installation et la mise au point du premier dispositif de génération de nanoparticules (NPs) en vol au SPCTS. Ce réacteur, associé à une enceinte d’ablation laser standard a été développé entièrement au laboratoire. Sa présentation, son développement et les matériaux obtenus, dans le cadre de travaux de thèses que j'ai pu encadrer, constitueront l’essentiel du chapitre B. Ce générateur permet la synthèse des NPs de tous types de matériaux dont la distribution en taille est très étroite autour d’une valeur ajustable dans la gamme 1 nm à 10 nm. Ce procédé permet de noyer éventuellement les NPs dans une matrice synthétisée par ablation laser conventionnelle, ce qui permet d’envisager une très large gamme de matériaux à explorer, avec un objectif double d’étude fondamentale de ces particules nanométriques et d’exploitation des propriétés qu’elles confèrent. Le chapitre C sera consacré à un procédé de dépôt plus conventionnel, le dépôt par ablation laser (Pulsed Laser Deposition, PLD). Compte tenu de sa capacité à générer, à partir d’une cible massive, des espèces énergétiques susceptibles de réagir avec les espèces d’un gaz environnant, la PLD est particulièrement propice à la réalisation de dépôts de matériaux de compositions complexes. Au travers d’exemples fondés sur le développement de différents matériaux, comme par exemple le BaSrTiO3 ou le VO2, je montrerai, combien ce procédé est adapté à la synthèse de ce type de matériau et leur intégration dans des microsystèmes, notamment dans le domaine des Radiofréquences.Je présenterai donc dans ces trois chapitres un résumé des principaux résultats obtenus, les détails des travaux pouvant être consultés dans les publications et dans les thèses indiquées correspondantes. Enfin, j’exposerai nos perspectives dans le quatrième et dernier chapitre D

Séminaire Nanosecond pulsed laser for micro/nano-structures & thin films synthesis

National audienc

Nanoparticles Source and Nanocomposites Deposition Towards Multifunctional Tunable Materials

International audienc

Vanadium dioxide nano-composites for micro-devices

International audienc

Invited Oral presentation, SEMICONMEET2021, International Conference on Semiconductors, Optoelectronics and Nanostructures

International audienc

Aller au-delà de la 5G…

International audienc

Vanadium dioxide nano-composites for micro-devices

International audienc

Autonomous magnetic devices for micro/nano particle handling

This article describes a lab practical based on the fabrication of thick hard magnetic films, their patterning at the micro-scale, their integration into microfluidic systems and their use in particle capture and sorting. It combines both standard and recently developed microfabrication techniques in order to create autonomous, downscaled magnetic micro-systems which can produce high magnetic forces on micro- and nano-sized objects. The lab practical was designed for Master students, but can be used as an introductory course for higher-level students starting in the field