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81 results on '"Christophe Gatel"'

1. Dynamic automation in transmission electron microscopy: application to electron holography

Author: Julien Dupuy, Christophe Gatel, and Martin Hÿtch
Subjects: Materials science, business.industry, Transmission electron microscopy, Optoelectronics, business, Instrumentation, Automation, Electron holography
Published: 2021

2. In-Situ Electrical Biasing of Electrically Connected TEM Lamellae with Embedded Nanodevices

Author: Cécile Marcelot, F. Lorut, Christophe Gatel, Martin Hÿtch, Lucas Chapuis, Kilian Gruel, Maria Brodovoi, Aurélien Masseboeuf, Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), STMicroelectronics [Crolles] (ST-CROLLES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT), French National Research Agency under the 'Investissement d'Avenir' program reference No. ANR-10-EQPX-38-01French national project IODA (ANR-17-CE24-0047), European Project: 823717,ESTEEM3, Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Subjects: In situ, Materials science, business.industry, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Optoelectronics, Biasing, [PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det], business
Abstract: International audience; In response to a continually rising demand for high performance and low-cost devices, and equally driven by competitivity, the microelectronics industry excels in meeting innovation challenges and further miniaturizing products. However, device shrinkage and the increasing complexity of device architecture require local quantitative studies. In this paper, we demonstrate with a case study on a nanocapacitor, the capability of transmission electron microscopy in electron holography mode to be a unique in-situ technique for mapping electric fields and charge distributions on a single device.
Published: 2021

3. Field tunable three-dimensional magnetic nanotextures in cobalt-nickel nanowires

Author: Cristina Bran, Tore Niermann, Ingrid Marie Andersen, D. Oliveros, Axel Lubk, Daniel Wolf, Manuel Vázquez, Luis A. Rodríguez, Ulrich K. Rößler, Etienne Snoeck, Christophe Gatel, Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Leibniz Institute for Solid State and Materials Research (IFW Dresden), Leibniz Association, Departamento de Física–Universidad del Valle, universidad de valle, Sor Juana Ines de la Cruz, Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), Consejo Superior de Investigaciones Científicas [Madrid] (CSIC)-Consejo Superior de Investigaciones Científicas [Madrid] (CSIC), Institut fur Optik und Atomare Physik, Technical University of Berlin / Technische Universität Berlin (TU), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Subjects: Materials science, FOS: Physical sciences, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Magnetization, Mesoscale and Nanoscale Physics (cond-mat.mes-hall), 0103 physical sciences, [CHIM.CRIS]Chemical Sciences/Cristallography, [PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det], Anisotropy, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, 010302 applied physics, Condensed Matter - Materials Science, Anisotropy energy, Spintronics, Condensed matter physics, Condensed Matter - Mesoscale and Nanoscale Physics, Materials Science (cond-mat.mtrl-sci), 021001 nanoscience & nanotechnology, Magnetocrystalline anisotropy, 3. Good health, Vortex, Magnetic field, Domain wall (magnetism), [PHYS.COND.CM-GEN]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Other [cond-mat.other], [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], 0210 nano-technology
Abstract: Cylindrical magnetic nanowires with large transversal magnetocrystalline anisotropy have been shown to sustain non-trivial magnetic configurations resulting from the interplay of spatial confinement, exchange, and anisotropies. Exploiting these peculiar 3D spin configurations and their solitonic inhomogeneities are prospected to improve magnetization switching in future spintronics, such as power-saving magnetic memory and logic applications. Here we employ holographic vector field electron tomography to reconstruct the remanent magnetic states in CoNi nanowires with 10 nm resolution in 3D, with a particular focus on domain walls between remanent states and ubiquitous real-structure effects stemming from irregular morphology and anisotropy variations. By tuning the applied magnetic field direction, both longitudinal and transverse multi-vortex states of different chiralities and peculiar 3D features such as shifted vortex cores are stabilized. The chiral domain wall between the longitudinal vortices of opposite chiralities exhibits a complex 3D shape characterized by a push out of the central vortex line and a gain in exchange and anisotropy energy. A similar complex 3D texture, including bent vortex lines, forms at the domain boundary between transverse-vortex states and longitudinal configurations. Micromagnetic simulations allow an understanding of the origin of the observed complex magnetic states., 22 pages, 5 figures, preprent of original paper
Published: 2021

4. Magnetic imaging using geometrically constrained nano-domain walls

Author: David Cox, Olga Kazakova, Matteo Pancaldi, Paolo Vavassori, Héctor Corte-León, Christophe Gatel, Etienne Snoeck, Luis A. Rodríguez, Vladimir Antonov, Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Department of Mathematics and Computer Science, Amherst College, Department of Physics [Egham], Royal Holloway [University of London] (RHUL), National Physical Laboratory [Teddington] (NPL), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Materials science, Nanostructure, Magnetic moment, Magnetic domain, Condensed matter physics, Demagnetizing field, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Electron holography, 0104 chemical sciences, Magnetization, [PHYS.COND.CM-GEN]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Other [cond-mat.other], [CHIM.CRIS]Chemical Sciences/Cristallography, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], General Materials Science, [PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det], Magnetic force microscope, 0210 nano-technology, Anisotropy, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: Magnetic nanostructures, as part of hybrid CMOS technology, have the potential to overcome silicon's scaling limit. However, a major problem is how to characterize their magnetization without disturbing it. Magnetic force microscopy (MFM) offers a convenient way of studying magnetization, but spatial resolution and sensitivity are usually boosted at the cost of increasing probe-sample interaction. By using a single magnetic domain wall (DW), confined in a V-shape nanostructure fabricated at the probe apex, it is demonstrated here that the spatial resolution and the magnetic sensitivity can be decoupled and both enhanced. Indeed, owing to the nanostructure's strong shape anisotropy, DW-probes have 2 high and 2 low magnetic moment states with opposite polarities, characterised by a geometrically constrained pinned DW, and curled magnetization, respectively. Electron holography studies, supported by numerical simulations, and in situ MFM show that the DW-probe state can be controlled, and thus used as a switchable tool with a low/high stray field intensity.
Published: 2019

5. Synthesis of magnetic Fe and Co nano-whiskers and platelets via physical vapor deposition

Author: Gunther Richter, Zi-An Li, Christophe Gatel, and Wenting Huang
Subjects: Materials science, Whiskers, 02 engineering and technology, Crystal structure, Single domain, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Electron holography, Whisker, Nano, General Materials Science, Materials of engineering and construction. Mechanics of materials, Engineering & allied operations, Magnetic vortex, Mechanical Engineering, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Crystallography, Mechanics of Materials, Physical vapor deposition, TA401-492, ddc:620, Magnetic nanowires, 0210 nano-technology, Single crystal
Abstract: Fe and Co nano-whiskers and Co platelets were synthesized via physical vapor deposition without any template and catalyst. Transmission electron microscopic analyses revealed that the Fe whiskers were all single crystal with whisker axis along [1 0 0] crystallographic direction. Both FCC and HCP crystal structures were found in the Co whiskers with stacking faults and micro-twins. Off-axis Electron holography results showed that all the whiskers synthesized were magnetic single domain structures. Vortex state was observed in a small platelet of high symmetry.
Published: 2021

6. Customized MFM probes based on magnetic nanorods

Author: Javier Pablo-Navarro, Agustina Asenjo, Etienne Snoeck, César Magén, Pablo Ares, Julio Gómez-Herrero, Aurélien Masseboeuf, Christophe Gatel, Eider Berganza, Miriam Jaafar, José María de Teresa, Ministerio de Economía y Competitividad (España), Comunidad de Madrid, Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (España), Universidad Autónoma de Madrid, Agencia Estatal de Investigación (España), Gobierno de Aragón, European Commission, Laboratorio de microscopias avanzadas (LMA), University of Zaragoza - Universidad de Zaragoza [Zaragoza], Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: 010302 applied physics, Fabrication, Materials science, business.industry, Resolution (electron density), Demagnetizing field, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Sputtering, [PHYS.COND.CM-GEN]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Other [cond-mat.other], 0103 physical sciences, Perpendicular, [CHIM.CRIS]Chemical Sciences/Cristallography, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Optoelectronics, General Materials Science, Nanorod, [PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det], Electron beam-induced deposition, Magnetic force microscope, 0210 nano-technology, business, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: Focused Electron Beam Induced Deposition (FEBID) for magnetic tip fabrication is presented in this work as an alternative to conventional sputtering-based Magnetic Force Microscopy (MFM) tips. FEBID enables the growth of a high-aspect-ratio magnetic nanorod with customized geometry and composition to overcome the key technical limitations of MFM probes currently on the market. The biggest advantage of these tips, in comparison with CoCr coated pyramidal probes, lies in the capability of creating sharp ends, nearly 10 nm in diameter, which provides remarkable (topographic and magnetic) lateral resolution in samples with magnetic features close to the resolution limits of the MFM technique itself. The shape of the nanorods produces a very confined magnetic stray field, whose interaction with the sample is extremely localized and perpendicular to the surface, with negligible in-plane components. This effect can lead to a better analytical and numerical modelling of the MFM probes and to an increase in the sensitivity without perturbing the magnetic configuration of soft samples. Besides, the high-aspect ratio achievable in FEBID nanorod tips makes them magnetically harder than the commercial ones, reaching coercive fields higher than 900 Oe. According to the results shown, tips based on magnetic nanorods grown by FEBID can be eventually used for quantitative analysis in MFM measurements. Moreover, the customized growth of Co- or Fe-based tips onto levers with different mechanical properties allows MFM studies that demand different measuring conditions. To showcase the versatility of this type of probe, as a last step, MFM is performed in a liquid environment, which still remains a challenge for the MFM community largely due to the lack of appropriate probes on the market. This opens up new possibilities in the investigation of magnetic biological samples., M. J., E. B. and A. A. acknowledge the support from the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness (MINECO) under project nos. MAT2015-73775-JIN and MAT2016-76824-C3-1-R. M. J. and J. G.-H acknowledge financial support from the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness through The “María de Maeztu” Programme for Units of Excellence in R&D (MDM-2014-0377). M. J. also acknowledges financial support from the Universidad Autónoma de Madrid and Comunidad Autónoma de Madrid through the project SI1/PJI/2019-00055. J. P.-N., C. M. and J. M. D. T. acknowledge financial support from the Spanish MINECO through the projects MAT2017-82970-C2-1-R, MAT2017-82970-C2-2-R and RED2018-102627-T, from the Aragon Regional Government (Construyendo Europa desde Aragón) through the project E13_20R with European Social Fund funding. This project has received funding from the European's Union Horizon 2020 research and innovation programme under Grant No. 823717-ESTEEM3. J. P.-N. grant is funded by the Ayuda para Contratos Predoctorales para la Formación de Doctores (BES-2015-072950) of the Spanish MINECO with the participation of the European Social Fund.
Published: 2020

7. Exotic Transverse-Vortex Magnetic Configurations in CoNi Nanowires

Author: Cristina Bran, Christophe Gatel, Ingrid Marie Andersen, Cécile Marcelot, Luis A. Rodríguez, Etienne Snoeck, Manuel Vázquez, Teresa Hungria, Sébastien Joulie, Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), Consejo Superior de Investigaciones Científicas [Madrid] (CSIC), Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid – CSIC, 28049 Madrid, Spain, Centro de Excelencia en Nuevos Materiales, Universidad del Valle, A.A. 25360, Cali, Colombia, ANR-10-EQPX-0038,MIMETIS,Microscopie Interférométrique et Microscopie Electronique en Transmission In Situ(2010), ANR-17-CE24-0047,IODA,Microscopie électronique in operando pour l'analyse de composants(2017), European Project: 823717,ESTEEM3, Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centro de Excelencia en Nuevos Materiales, Universidad del Valle [Cali] (Univalle), Centre de microcaractérisation Raimond Castaing (Centre Castaing), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Subjects: Materials science, electron holography, Nanowire, FOS: Physical sciences, General Physics and Astronomy, Physics::Optics, Applied Physics (physics.app-ph), 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Electron holography, Condensed Matter::Materials Science, magnetic configuration, vortex state, Mesoscale and Nanoscale Physics (cond-mat.mes-hall), Perpendicular, [CHIM.CRIS]Chemical Sciences/Cristallography, General Materials Science, [PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det], micromagnetic simulation, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Condensed Matter - Mesoscale and Nanoscale Physics, Condensed matter physics, nanocylinder, General Engineering, Close-packing of equal spheres, Physics - Applied Physics, 021001 nanoscience & nanotechnology, Vortex state, 0104 chemical sciences, Vortex, Magnetic anisotropy, [PHYS.COND.CM-GEN]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Other [cond-mat.other], [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Grain boundary, magnetic nanowire, 0210 nano-technology
Abstract: The magnetic configurations of cylindrical Co-rich CoNi nanowires have been quantitatively analyzed at the nanoscale by electron holography and correlated to local structural and chemical properties. The nanowires display grains of both face-centered cubic (fcc) and hexagonal close packed (hcp) crystal structures, with grain boundaries parallel to the nanowire axis direction. Electron holography evidences the existence of a complex exotic magnetic configuration characterized by two distinctly different types of magnetic configurations within a single nanowire: an array of periodical vortices separating small transverse domains in hcp-rich regions with perpendicular easy axis orientation and a mostly axial configuration parallel to the nanowire axis in regions with fcc grains. These vastly different domains are found to be caused by local variations in the chemical composition modifying the crystalline orientation and/or structure, which give rise to change in magnetic anisotropies. Micromagnetic simulations, including the structural properties that have been experimentally determined, allow for a deeper understanding of the complex magnetic states observed by electron holography.
Published: 2020

8. One-Pot Seed-Mediated Growth of Co Nanoparticles by the Polyol Process: Unraveling the Heterogeneous Nucleation

Author: Jean-Yves Piquemal, Christophe Gatel, Guillaume Viau, Martin Hÿtch, Raj Kumar Ramamoorthy, Arnaud Viola, Bilel Grindi, Jennifer Peron, Raul Arenal, L. Sicard, Marion Giraud, Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Interfaces, Traitements, Organisation et Dynamique des Systèmes (ITODYS (UMR_7086)), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7), Institut Charles Gerhardt Montpellier - Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux de Montpellier (ICGM ICMMM), Université Montpellier 1 (UM1)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), University of Zaragoza - Universidad de Zaragoza [Zaragoza], Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Charles Gerhardt Montpellier - Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux de Montpellier (ICGM), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Agence Nationale de la Recherche (France), Ministerio de Economía y Competitividad (España), European Commission, Gatel, Christophe, Arenal, Raul, Giraud, Marion, Viau, Guillaume, Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Université Montpellier 1 (UM1)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Gatel, Christophe [0000-0001-5549-7008], Arenal, Raul [0000-0002-2071-9093], Giraud, Marion [0000-0003-1810-7626], and Viau, Guillaume [0000-0001-7062-4183]
Subjects: chemistry.chemical_classification, Materials science, Geometric phase analysis, Mechanical Engineering, Nucleation, Nanoparticle, Bioengineering, Good control, 02 engineering and technology, General Chemistry, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Polyol, chemistry, Chemical engineering, Cobalt nanoparticles, Polyol synthesis, Scientific method, Particle, General Materials Science, Seed mediated, HAADF-STEM, 0210 nano-technology, Metal nanoparticles
Abstract: The one-step seed-mediated synthesis is widely used for the preparation of ferromagnetic metal nanoparticles (NPs) since it offers a good control of particle morphology. Nevertheless, this approach suffers from a lack of mechanistic studies because of the difficulties of following in real time the heterogeneous nucleation and predicting structure effects with seeds that are generated in situ. Here, we propose a complete scheme of the heteronucleation process involved in one-pot seed-mediated syntheses of cobalt nanoparticles in liquid polyols, relying on geometrical phase analysis (GPA) of high-resolution high-angle annular dark field (HAADF)-STEM images and in situ measurements of the molecular hydrogen evolution. Cobalt particles of different shapes (rods, platelets, or hourglass-like particles) were grown by reducing cobalt carboxylate in liquid polyols in the presence of iridium or ruthenium chloride as the nucleating agent. A reaction scheme was established by monitoring the H2 evolution resulting from the decomposition of metal hydrides, formed in situ by β-elimination of metal alkoxides, and from the polyol dehydrogenation, catalytically activated by the metal particles. This is a very good probe for both the noble metal nucleation and the heterogeneous nucleation of cobalt, showing a good separation of these two steps. Ir and Ru seeds with a size in the range 1–2 nm were found exactly in the center of the cobalt particles, whatever the cobalt particle shape, and high-resolution images revealed an epitaxial growth of the hcp Co on fcc Ir or hcp Ru seeds. The microstructure analysis around the seeds made evident two different ways of relaxing the lattice mismatch between the seeds and the cobalt, with the presence of dislocations around the Ir seeds and compression zones of the cobalt lattice near the Ru seeds. The relationship between the nature of the nucleating agent, the reaction steps, and the microstructure is discussed., This work was funded by the French National Research Agency, ANR, in the framework of the TANOPOL project (ANR-15-CE07-0011-01). Angélique Gillet is warmly thanked for the nanoparticle synthesis, and Lucien Datas and Teresa Hungria (Plateforme Castaing, Toulouse) are thanked for HAADF-STEM images. We gratefully acknowledge the International Associated Laboratory (LIA)-M2ZART for financial support. High-resolution HAADF-STEM images were performed at the Laboratorio de Microscopias Avanzadas, Instituto de Nanociencia de Aragon, Universidad de Zaragoza, Spain. R.A. gratefully acknowledges the support from the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness (MINECO) through Project MAT2016-79776-P (AEF/FEDER. UE) and from the European Union H2020 program “ESTEEM3” (823717).
Published: 2019

9. Multi magnetic states in Co/Cu multilayered cylindrical nanowires studied by combination of off-axis electron holography imaging and micromagnetic simulations

Author: Nicolas Biziere, Christophe Gatel, David Fernando Reyes Vasquez, T. Wade, Bénédicte Warot-Fonrose, Matériaux et dispositifs pour l'Electronique et le Magnétisme (CEMES-MEM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Laboratoire des Solides Irradiés (LSI), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Subjects: 010302 applied physics, Materials science, Condensed matter physics, Nanowire, General Physics and Astronomy, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, Magnetocrystalline anisotropy, 01 natural sciences, Electron holography, Magnetization, [CHIM.ANAL]Chemical Sciences/Analytical chemistry, [PHYS.COND.CM-GEN]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Other [cond-mat.other], 0103 physical sciences, 0210 nano-technology, Anisotropy, Saturation (magnetic), Magnetic dipole–dipole interaction, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Phase diagram
Abstract: International audience; We report on a wide variety of magnetic states in Co/Cu multilayered nanocylinders grown by electrodeposition with different thicknesses of both elements. The remnant magnetic states in individual Co layers have quantitatively been determined at the nanoscale by micromagnetic reconstruction of the magnetic phase shift image obtained by electron holography. We demonstrate that the magnetization in the Co layers can present either uniform or vortex states. Also, different magnetic configurations can be observed within the same nanocylinder. In the case of vortices, the direction of the core can rotate almost at 90° from the nanocylinder axis for layers with aspect ratio close to 1. We show that the occurrence of each magnetic configuration depends on the aspect ratio of the layers, the direction of magnetocrystalline anisotropy and in some cases on the interlayer dipolar coupling. Such a wide variety of magnetic states are observed due to lower values of the Co magnetic constants (magnetization, exchange, anisotropy) with respect to bulk, typical of electrodeposition process in a single bath, and to the local geometrical variation of the layers. We also calculated the phase diagram of the remnant magnetic states in a single layer for various amplitudes and orientations of the magnetocrystalline anisotropy and different directions of the saturation field. In particular cases, these phase diagrams in addition to statistics of occurrence of each kind of magnetic configurations in the multilayer and the application of a saturation field in different directions allows recovering information on the preferential orientation of the crystalline anisotropy.
Published: 2019

10. Nanoparticle Ripening : A Versatile Approach for the Size and Shape Control of Metallic Iron Nanoparticles

Author: Sébastien Lachaize, Pier-Francesco Fazzini, Bruno Chaudret, Anca Meffre, Lise-Marie Lacroix, Christophe Gatel, Marc Respaud, Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Subjects: Materials science, Nucleation, Nanoparticle, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Corrosion, Metal, Palmitic acid, chemistry.chemical_compound, iron, Mössbauer spectroscopy, Moessbauer spectroscopy, Dissolution, Coalescence (physics), [PHYS]Physics [physics], 010405 organic chemistry, General Chemistry, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 0104 chemical sciences, Chemical engineering, chemistry, visual_art, visual_art.visual_art_medium, seeded growth, nanoparticles, magnetic properties
Abstract: International audience; A novel approach for the synthesis of Fe(0) nanoparticles (NPs) with tunable sizes and shapes is reported. Ultrasmall Fe(0) NPs were reacted under mild conditions in the presence of a mixture of palmitic acid and amine ligands. These NPs acted not only as preformed seeds but also as an internal iron(II) source that was produced by the partial dissolution of the NPs by the acid. This fairly simple approach allows a strict separation between the nucleation and the growth steps. By changing the acid concentration, a fine tuning of the relative ratio between remaining Fe(0) seeds and iron(II) reservoir was achieved, giving access to both size (from 7 to 20 nm) and a shape (spheres, cubes or stars) control. The partial dissolution of the ultrasmall Fe(0) NPs into iron(II) source and the successive growth was further studied by using combined TEM and Mössbauer spectroscopy. The successive corrosion, coalescence, and ripening observed could be understood in the framework of an environment-dependent growth model.
Published: 2019

11. Optimization of off-axis electron holography performed with femtosecond electron pulses

Author: Giuseppe Mario Caruso, Florent Houdellier, Martin Hÿtch, Christophe Gatel, Sébastien J. Weber, Arnaud Arbouet, Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Subjects: Materials science, electron holography, [PHYS.PHYS.PHYS-ACC-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Accelerator Physics [physics.acc-ph], Holography, Phase (waves), Physics::Optics, 02 engineering and technology, Electron, 01 natural sciences, Electron holography, law.invention, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Optics, [PHYS.QPHY]Physics [physics]/Quantum Physics [quant-ph], law, femtosecond laser, 0103 physical sciences, cold field emission, [PHYS.HEXP]Physics [physics]/High Energy Physics - Experiment [hep-ex], Field emission gun, Instrumentation, 010302 applied physics, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], business.industry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Atomic and Molecular Physics, and Optics, Electronic, Optical and Magnetic Materials, [SPI.ELEC]Engineering Sciences [physics]/Electromagnetism, Transmission electron microscopy, Femtosecond, Ultrafast Transmission Electron Microscopy, [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, 0210 nano-technology, business, Ultrashort pulse, [SPI.SIGNAL]Engineering Sciences [physics]/Signal and Image processing
Abstract: International audience; We report on electron holography experiments performed with femtosecond electron pulses in an ultrafast coherent Transmission Electron Microscope based on a laser-driven cold field emission gun. We first discuss the experimental requirements related to the long acquisition times imposed by the low emission/probe current available in these instruments. The experimental parameters are first optimized and electron holograms are then acquired in vacuum and on a nano-object showing that useful physical properties can nevertheless be extracted from the hologram phase in pulsed condition. Finally, we show that the acquisition of short exposure time holograms assembled in a stack, combined with a computer-assisted shift compensation of usual instabilities encountered in holography, such as beam and biprism wire instabilities, can yield electron holograms acquired with a much better contrast paving the way to ultrafast time-resolved electron holography.
Published: 2019

12. Quantitative Nanoscale Magnetic Study of Isolated Diameter-Modulated FeCoCu Nanowires

Author: Cristina Bran, Manuel Vázquez, Etienne Snoeck, David Reyes, Christophe Gatel, Eider Berganza, Luis Alfredo Rodriguez, Agustina Asenjo, Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), Consejo Superior de Investigaciones Científicas [Madrid] (CSIC), Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Subjects: Materials science, Magnetic domain, Nanowire, General Physics and Astronomy, Nanotechnology, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Electron holography, Magnetization, 0103 physical sciences, [CHIM.CRIS]Chemical Sciences/Cristallography, General Materials Science, [PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det], ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, 010302 applied physics, Spin configuration, Condensed matter physics, Demagnetizing field, General Engineering, 021001 nanoscience & nanotechnology, Magnetic charges, Magnetic imaging, Magnetic field, Domain wall (magnetism), [PHYS.COND.CM-GEN]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Other [cond-mat.other], [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Magnetic force microscope, Magnetic nanowires, 0210 nano-technology, Micromagnetic simulations
Abstract: The comprehension of the magnetic configuration in FeCoCu nanowires with a diameter-modulated cylindrical geometry will allow controlling the domain wall motion in this low-dimensional system under the application of magnetic fields and/or the injection of current pulses. Here we perform a quantitative magnetic characterization of isolated diameter-modulated FeCoCu nanowires by combining nanoscale magnetic characterization techniques such as electron holography, magnetic force microscopy, and micromagnetic simulations. Local reconstructions of the magnetic distribution show the diameter-modulated geometry of the wires induces the formation of vortex-like structures and magnetic charges in the regions where the diameter is varied. Vortex-like structures modify the axial alignment of the magnetization in large-diameter segments. Moreover, the magnetic charges control the demagnetizing field distribution, promoting a flux-closure stray field configuration around large-diameter segments and keeping the demagnetizing field parallel to the NW's magnetization around small diameter segments. The detailed description of the remanent state in diameter-modulated cylindrical FeCoCu nanowires allows us to provide a clear explanation of the origin of bright and dark contrast observed in magnetic force microscopy images, which have the same feature of magnetic domain walls. This work establishes the primary knowledge required for future magnetization reversal studies with the aim of searching efficient modulated geometries that allow an optimum and controlled domain wall propagation.
Published: 2016

13. Platinum tripods as nanometric frequency multiplexing devices

Author: Benjamin Lassagne, B. C. Camargo, Walter Escoffier, Lise-Marie Lacroix, Thomas Blon, Guillaume Viau, Christophe Gatel, Raul Arenal, Polish Academy of Sciences (PAN), Laboratoire national des champs magnétiques intenses - Toulouse (LNCMI-T), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Laboratorio de Microscopias Avanzadas, University of Zaragoza - Universidad de Zaragoza [Zaragoza], Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratorio de microscopias avanzadas (LMA), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Subjects: Materials science, chemistry.chemical_element, FOS: Physical sciences, Nanotechnology, 02 engineering and technology, Crystal structure, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Multiplexer, Frequency-division multiplexing, Metal, chemistry.chemical_compound, Oleylamine, Mesoscale and Nanoscale Physics (cond-mat.mes-hall), Microelectronics, General Materials Science, [CHIM.COOR]Chemical Sciences/Coordination chemistry, [PHYS]Physics [physics], Condensed Matter - Materials Science, Condensed Matter - Mesoscale and Nanoscale Physics, business.industry, Materials Science (cond-mat.mtrl-sci), 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Characterization (materials science), chemistry, visual_art, visual_art.visual_art_medium, 0210 nano-technology, business, Platinum
Abstract: International audience; Electrical and structural characterization studies of nano-particles are very important steps to determine their potential applications in microelectronics. In this paper, we address the crystallographic and electric transport properties of soft-chemistry-grown nanometric Pt tribranches. We report that Pt nanostars grown from the reduction of H2PtCl6 salt in pure oleylamine present a remarkable crystalline structure and deeply metallic character despite being grown under mild conditions. We demonstrate that such devices are able to operate at current densities surpassing 200 MA cm−2, actuating as highly compact frequency multiplexers in the non-ohmic regime.
Published: 2018

14. Off-axis electron holography for the quantitative study of magnetic properties of nanostructures: from the single nanomagnet to the complex device

Author: Marie-José Casanove, Aurélien Masseboeuf, Nicolas Biziere, Bénédicte Warot-Fonrose, Lise-Marie Lacroix, Christophe Gatel, Thomas Blon, A. Meffre, and F.B. Bonilla
Subjects: Magnetization, Phase transition, Materials science, Spintronics, Condensed matter physics, Magnetic nanoparticles, Single domain, Magnetic force microscope, Nanomagnet, Vortex state
Abstract: Electromagnetic properties are one of the keys for understanding and mastering nano systems used in many applications, as in medical treatment, optics, microelectronic or data storage. Various methods exist to map magnetic fields. Some are based on near field microscopy, like magnetic force microscopy, other on X-ray set-ups, like photoemission electron microscopy. Electron holography (EH), a powerful transmission electron microscopy method, is another appropriate tool which combines high sensitivity with a high spatial resolution. EH allow the quantitative measurement of both internal and external fields in individual nano-objects instead of assemblies of nanoobjects. This interferometric method can also be used for performing in situ/in operando experiments. We thus developed and applied EH on very different systems, from the single nanoparticles to the thin layer and the complex magnetic device, for studying their magnetic properties. In this presentation, we will present our investigations on a single Fe nanocube and an FeRh thin layer. - Nanomagnets recently attracted considerable interest due to their possible application as building blocks for hard drive disks and permanent magnets or as nanobiological vectors for drug delivery and hyperthermia. Despite theoretical studies, the size-dependence of spin arrangements in single nanomagnets has not yet been evidenced experimentally due to sensitivity limitations of the investigation tools. The single domain limit, corresponding to the critical nanomagnet size separating vortex/single domain configurations, has never been observed although it will dictate the optimized size for applications. In such small nano-objects, micromagnetic simulations show that the magnetic internal structure changes from single domain (SD) to vortex states as the cube size increases (Fig. 1). Some years ago, we reported symmetrical vortices, i.e. vortex of axis, in isolated 30 nm single crystal Fe cubes with a 14 nm vortex core size [2]. Next, we showed that vortices can also be stabilized in the presence of dipolar interactions thanks to holes in the cubes inducing a pinning of the vortex core [3]. Here we will present the spin configuration phase diagram in size-controlled single Fe nanocubes combining EH experiments and micromagnetic simulations [4]. High sensitivity imaging explicitly reveals how three different spin arrangements can be stabilized within a 3 nm window, evidencing the key importance of nanometric size control of magnetic nanoparticles. Moreover, it gives a deeper understanding of the single domain limit, which is more complex than expected with the appearance of a previously unreported vortex state. Such a measurement opens the door to fine magnetic control of nano-objects. - In situ heating/cooling EH has been used to quantitatively map the magnetization of a cross-sectional FeRh thin film through its magnetic transition [5]. This alloy presents a remarkable and unusual magnetic transition from a low temperature antiferromagnetic state (AFM) to a high temperature ferromagnetic state (FM) close to 370K accompanied by a 1% volume expansion. [6- 8]The transition is obtained for a narrow composition range 0.48
Published: 2018

15. Air-Stable Anisotropic Monocrystalline Nickel Nanowires Characterized Using Electron Holography

Author: Alfonso Ibarra, Myrtil L. Kahn, Pier-Francesco Fazzini, Glenna L. Drisko, Christophe Gatel, Katia Fajerwerg, Stefanos Mourdikoudis, Pierre Fau, Vincent Bley, Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux (ICMCB), Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de chimie de coordination (LCC), Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratorio de microscopias avanzadas (LMA), University of Zaragoza - Universidad de Zaragoza [Zaragoza], Healthcare Biomagnetic and Nanomaterials Laboratories, University College of London [London] (UCL), Matériaux Diélectriques dans la Conversion d’Energie (LAPLACE-MDCE), LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT), the RTRA Sciences et Technologies pour l’Aéronautique et l’Espace, the Investissements d’Avenir program is run by the French Agence Nationale de la Recherche. A.I. thanks the Gobierno de Aragón (Grant E81) and Fondo Social Europeo., ANR-10-IDEX-0003,IDEX BORDEAUX,Initiative d'excellence de l'Université de Bordeaux(2010), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Laboratorio de Microscopias Avanzadas, Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Subjects: Materials science, Magnetism, Composite number, Nanowire, chemistry.chemical_element, Bioengineering, Crystal growth, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, 7. Clean energy, Electron holography, Monocrystalline silicon, Nickel, General Materials Science, Composite material, Electric discharge, Nanowires, Mechanical Engineering, Ligand stabilization, General Chemistry, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 0104 chemical sciences, chemistry, Ferromagnetism, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; Nickel is capable of discharging electric and magnetic shocks in aerospace materials thanks to its conductivity and magnetism. Nickel nanowires are especially desirable for such an application as electronic percolation can be achieved without significantly increasing the weight of the composite material. In this work, single-crystal nickel nanowires possessing a homogeneous magnetic field are produced via a metal–organic precursor decomposition synthesis in solution. The nickel wires are 20 nm in width and 1–2 μm in length. The high anisotropy is attained through a combination of preferential crystal growth in the ⟨100⟩ direction and surfactant templating using hexadecylamine and stearic acid. The organic template ligands protect the nickel from oxidation, even after months of exposure to ambient conditions. These materials were studied using electron holography to characterize their magnetic properties. These thin nanowires display homogeneous ferromagnetism with a magnetic saturation (517 ± 80 emu cm–3), which is nearly equivalent to that of bulk nickel (557 emu cm–3). Nickel nanowires were incorporated into carbon composite test pieces and were shown to dramatically improve the electric discharge properties of the composite material.
Published: 2018

16. Probing domain walls in cylindrical magnetic nanowires with electron holography

Author: Aurélien Masseboeuf, Jean-Christophe Toussaint, Olivier Fruchart, Ségolène Jamet, Julien Bachmann, Christophe Gatel, Sebastian Bochmann, Michal Staňo, Micro et NanoMagnétisme (MNM ), Institut Néel (NEEL), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), SPINtronique et TEchnologie des Composants (SPINTEC), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), ANR-10-LABX-0051,LANEF,Laboratory of Alliances on Nanosciences - Energy for the Future(2010), European Project: 309589,EC:FP7:NMP,FP7-NMP-2012-SMALL-6,M3D(2012), Micro et NanoMagnétisme (NEEL - MNM), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: History, Condensed Matter - Materials Science, Materials science, Magnetic domain, Condensed matter physics, Nanowire, Holography, Materials Science (cond-mat.mtrl-sci), FOS: Physical sciences, 02 engineering and technology, Electron, 021001 nanoscience & nanotechnology, Electrostatics, 01 natural sciences, Electron holography, Computer Science Applications, Education, law.invention, Transverse plane, Domain wall (magnetism), law, 0103 physical sciences, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], 010306 general physics, 0210 nano-technology
Abstract: We probe magnetic domain walls in cylindrical soft magnetic nanowires using electron holography. We detail the modelling of expected contrast for both transverse and Bloch point domain walls and provide comparison with experimental observations performed on NiCo nanowires, involving also both magnetic and electrostatic contribution to the electron holography map. This allows the fast determination of the domain wall type without the need for uneasy and time-consuming experimental removal of the electrostatic contribution. Finally, we describe and implement a new efficient algorithm for calculating the magnetic contrast., Comment: 3 pages, 2 figures
Published: 2017

17. In Depth Spatially Inhomogeneous Phase Transition in Epitaxial MnAs Film on GaAs(001)

Author: Mahmoud Eddrief, Virginie Serin, Xiaoxiao Fu, Bénédicte Warot-Fonrose, Victor H. Etgens, Christophe Gatel, Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Matériaux Multi-fonctionnels et Multi-échelles (CEMES-M3), Croissance et propriétés de systèmes hybrides en couches minces (INSP-E8), Institut des Nanosciences de Paris (INSP), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes de Versailles (LISV), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Subjects: Phase transition, Work (thermodynamics), Structural phase, Materials science, thin film, Bioengineering, 02 engineering and technology, Epitaxy, 01 natural sciences, in situ TEM, Electron holography, 0103 physical sciences, General Materials Science, Thin film, 010306 general physics, Condensed matter physics, Mechanical Engineering, General Chemistry, MnAs, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, phase transition, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], magnetic materials, Nanometre, 0210 nano-technology, Layer (electronics)
Abstract: International audience; Most studies on MnAs material in its bulk form have been focused on its temperature-dependent structural phase transition accompanied by a magnetic one. Magnetostructural phase transition parameters in thin MnAs films grown on substrates present however some differences from the bulk behavior, and local studies become mandatory for a deeper understanding of the mechanisms involved within the transition. Up to now, only surface techniques have been carried out, while the transition is a three-dimensional phenomenon. We therefore developed an original nanometer scale methodology using electron holography to investigate the phase transition in an epitaxial MnAs thin film on GaAs(001) from the cross-section view. Using quantitative magnetic maps recorded at the nanometer scale as a function of the temperature, our work provides a direct in situ observation of the inhomogeneous spatial distribution of the transition in the layer depth and brings new insights on the fundamental transition mechanisms.
Published: 2017

18. Magnetic Configurations in Three-Dimensional Nanomagnets Explored by Electron Holographic Tomography

Author: Jonas Krehl, Etienne Snoeck, Christophe Gatel, Axel Lubk, Sebastian Sturm, and Daniel Wolf
Subjects: 0301 basic medicine, Materials science, business.industry, Holography, 02 engineering and technology, Electron, 021001 nanoscience & nanotechnology, Nanomagnet, law.invention, 03 medical and health sciences, 030104 developmental biology, Optics, law, Tomography, 0210 nano-technology, business, Instrumentation
Published: 2018

19. Contrast enhancement of data measured with area detectors: a way to generalize the use of neutron diffraction for thin-film studies

Author: A. M. Bataille, Arsen Gukasov, Vincent Auvray, and Christophe Gatel
Subjects: Materials science, Optics, Spectrometer, business.industry, Noise reduction, Detector, Neutron diffraction, Neutron, Neutron reflectometry, Neutron scattering, Blob detection, business, General Biochemistry, Genetics and Molecular Biology
Abstract: A denoising method is reported for the treatment of neutron scattering data obtained with position-sensitive detectors, which enhances the information obtained from weak and very weak Bragg peaks. The core element of the method is the application of a Laplacian of Gaussian filter calculated using the parameters of the resolution of the instrument. This adaptation of well established image-processing techniques offers a very efficient way to denoise the data, as shown through the application of the reported method to a study of the magnetic Bragg peaks of a 300 nm-thick epitaxial Cr film. The procedure enhances the contrast by a factor of more than 35 and thus allows precise determination of the position of the integration mask. The large contrast enhancement also lowers the detection threshold of standard elastic neutron diffractometers down to the level usually available solely on optimized triple-axis spectrometers.
Published: 2013

20. Elastic strains at interfaces in InAs/AlSb multilayer structures for quantum cascade lasers

Author: Christophe Gatel, Julien Nicolai, Anne Ponchet, Alexei N. Baranov, Bénédicte Warot-Fonrose, César Magén, Roland Teissier, Surfaces, Interfaces et Nano-Objets (CEMES-SINanO), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Institut d’Electronique et des Systèmes (IES), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Composants à Nanostructure pour le moyen infrarouge (NANOMIR), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), University of Zaragoza - Universidad de Zaragoza [Zaragoza], ANR-11-BS10-0017,NAIADE,Nanocaractérisation et modélisation d'Antimoniures d'éléments III : Interfaces et Analyse des Déformations d'Epitaxie(2011), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: 010302 applied physics, Materials science, Physics and Astronomy (miscellaneous), Condensed matter physics, Heterojunction, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, Epitaxy, 01 natural sciences, Dark field microscopy, [SPI.TRON]Engineering Sciences [physics]/Electronics, Transmission electron microscopy, 0103 physical sciences, Microscopy, Scanning transmission electron microscopy, 0210 nano-technology, High-resolution transmission electron microscopy, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Molecular beam epitaxy
Abstract: InAs/AlSb multilayers similar to those used in quantum cascade lasers have been grown by molecular beam epitaxy on (001) InAs substrates. Elastic strain is investigated by high resolution transmission electron microscopy. Thin interfacial regions with lattice distortions significantly different from the strain of the AlSb layers themselves are revealed from the geometrical phase analysis. Strain profiles are qualitatively compared to the chemical contrast of high angle annular dark field images obtained by scanning transmission electron microscopy. The strain and chemical profiles are correlated with the growth sequences used to form the interfaces. Tensile strained AlAs-like interfaces tend to form predominantly due to the high thermal stability of AlAs. Strongly asymmetric interfaces, AlAs-rich and (Al, In)Sb, respectively, can also be achieved by using appropriate growth sequences.
Published: 2016

21. Quantitative 3D electromagnetic field determination of 1D nanostructures from single projection

Author: L. de Knoop, Charudatta Phatak, Florent Houdellier, Martin Hÿtch, Aurélien Masseboeuf, Christophe Gatel, Argonne National Laboratory [Lemont] (ANL), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Subjects: Electromagnetic field, [PHYS]Physics [physics], Materials science, Field (physics), business.industry, Nanowire, 02 engineering and technology, Carbon nanotube, 021001 nanoscience & nanotechnology, 7. Clean energy, 01 natural sciences, Atomic and Molecular Physics, and Optics, Projection (linear algebra), Electronic, Optical and Magnetic Materials, Magnetic field, law.invention, Optics, Nanoelectronics, law, Electric field, 0103 physical sciences, 010306 general physics, 0210 nano-technology, business, Instrumentation
Abstract: International audience; One-dimensional (1D) nanostructures have been regarded as the most promising building blocks for nanoelectronics and nanocomposite material systems as well as for alternative energy applications. Although they result in confinement of a material, their properties and interactions with other nanostructures are still very much three-dimensional (3D) in nature. In this work, we present a novel method for quantitative determination of the 3D electromagnetic fields in and around 1D nanostructures using a single electron wave phase image, thereby eliminating the cumbersome acquisition of tomographic data. Using symmetry arguments, we have reconstructed the 3D magnetic field of a nickel nanowire as well as the 3D electric field around a carbon nanotube field emitter, from one single projection. The accuracy of quantitative values determined here is shown to be a better fit to the physics at play than the value obtained by conventional analysis. Moreover the 3D reconstructions can then directly be visualized and used in the design of functional 3D architectures built using 1D nanostructures.no abstract
Published: 2016

22. Dynamical holographic Moirés in a TEM

Author: Christophe Gatel, Etienne Snoeck, Florent Houdellier, Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Subjects: 010302 applied physics, [PHYS]Physics [physics], Materials science, Acoustics and Ultrasonics, business.industry, Resolution (electron density), Holography, 02 engineering and technology, Electron, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 01 natural sciences, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, law.invention, Magnetic field, Interferometry, Optics, law, 0103 physical sciences, Microscopy, 0210 nano-technology, business, Carbon nanocone, Excitation
Abstract: International audience; A new electron interferometry method has been developed and implemented in a transmission electron microscope to quantitatively analyse magnetic and electric properties emanating from objects using holograms free of artifacts and with a frequential sensitivity. This method, called dynamical holographic Moirés (DHM), is based on the double-exposure technique consisting in the superimposition of two different holograms. We improved this technique by acquiring the superimposed holograms for two well-defined excitation states of the sample and with a control of the superimposition frequency. The variations of magnetic and electrostatic fields between both excitation states can then be extracted directly from the amplitude part of the so-called interferogram. We demonstrate the efficiency of this method by studying quantitatively the magnetic field generated by a hard disk drive writing head excited by a DC and an AC current. Double exposure measurements have also been performed to study in situ electrostatic properties of a biased carbon nanocone tip. Our method opens the route to dynamical studies using the unique combination of nanoscale resolution and electromagnetic sensitivity of electron interferometry.
Published: 2016

23. Assessment of off-axis and in-line electron holography for measurement of potential variations in Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cells

Author: Christophe Gatel, Etienne Snoeck, Marta D. Rossell, Debora Keller, Rolf Erni, Fabian Pianezzi, Stephan Buecheler, Patrick Reinhard, Ayodhya N. Tiwari, Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology [Dübendorf] (EMPA), Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Subjects: Microscope, Materials science, Mean inner potential (MIP), Holography, Chalcopyrite, In-line, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, 7. Clean energy, Electron holography, law.invention, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Cu(In,Ga)Se2, Optics, law, 0103 physical sciences, Solar cell, Chemical Engineering (miscellaneous), Radiology, Nuclear Medicine and imaging, Spectroscopy, 010302 applied physics, Transport of intensity equation (TIE), business.industry, Resolution (electron density), Cu(In, 021001 nanoscience & nanotechnology, Copper indium gallium selenide solar cells, Characterization (materials science), Off-axis, Grain boundary, 0210 nano-technology, business
Abstract: Electron holography is employed to study variations of the electrostatic crystal potential in Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) thin-film solar cells at different length scales: Long-range potential variations across the layer structure of the solar cell as well as inhomogeneities within the layers are analyzed by off-axis holography. In-line holography is applied to examine the local potential variation across a CIGS grain boundary. The phase reconstruction from a focal series is performed by a modified transport of intensity equation (TIE) which is optimized to reduce common artifacts. For comparison, three different microscopes of different optical configurations were used for in-line holography. Based on the results, the impact of the used microscope as well as further acquisition parameters on the in-line holography measurement is assessed. The measured potential variations are discussed considering the effect of different possible sources that may cause potential fluctuations. It is found that most of the variations are best explained by mean inner potential fluctuations rather than by inhomogeneities of the electronic properties. Finally, the present resolution limit of both methods is discussed regarding the feasibility of future electronic characterization of CIGS by holography.
Published: 2016

24. Magnetic Configurations in Co/Cu Multilayered Nanowires: Evidence of Structural and Magnetic Interplay

Author: Christophe Gatel, Nicolas Biziere, T. Wade, Bénédicte Warot-Fonrose, David Reyes, Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Matériaux et dispositifs pour l'Electronique et le Magnétisme (CEMES-MEM), Laboratoire des Solides Irradiés (LSI), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École polytechnique (X), ANR-12-BS10-0013,EMMA,Microscopie Electronique pour le Magnétisme(2012), ANR-12-JS10-0008,NASSICS,Nano-structuration pour la dynamique de spin(2012), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Materials science, electron holography, Nanowire, antiparallel coupling, Bioengineering, Nanotechnology, 02 engineering and technology, Micromagnetic, 01 natural sciences, Electron holography, magnetic configuration, vortex state, 0103 physical sciences, General Materials Science, [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], Saturation (magnetic), micromagnetic simulation, 010302 applied physics, [PHYS]Physics [physics], Condensed matter physics, Nanowires, Mechanical Engineering, Chemical data, General Chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Vortex state, Vortex, electrodeposited, Transmission electron microscopy, nanowire, magnetic materials, 0210 nano-technology, Antiparallel (electronics)
Abstract: International audience; Off-axis electron holography experiments have been combined with micromagnetic simulations to study the remnant magnetic states of electrodeposited Co/Cu multilayered nanocylinders. Structural and chemical data obtained by transmission electron microscopy have been introduced in the simulations. Three different magnetic configurations such as an antiparallel coupling of the Co layers, coupled vortices, and a monodomain-like state have been quantitatively mapped and simulated. While most of the wires present the same remnant state whatever the direction of the saturation field, we show that some layers can present a change from an antiparallel coupling to vortices. Such a configuration can be of particular interest to design nano-oscillators with two different working frequencies.
Published: 2016

25. Enhanced magnetization at the Cr/MgO(001) interface

Author: Stéphane Andrieu, A. Taleb-Ibrahimi, Michael R. Fitzsimmons, A. M. Bataille, Yves Garreau, Christophe Gatel, Qiang Wang, Alessandro Coati, P. Le Fèvre, F. Ott, Adriana Vlad, François Bertran, Thomas Hauet, M. A. Leroy, Laboratoire Léon Brillouin (LLB - UMR 12), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Jean Lamour (IJL), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Los Alamos National Laboratory (LANL), Synchrotron SOLEIL (SSOLEIL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques (MPQ (UMR_7162)), Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay, Université de Lorraine (UL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: [PHYS]Physics [physics], Magnetization, Materials science, Physics and Astronomy (miscellaneous), Condensed matter physics, Interface (Java), Photoemission spectroscopy, Antiferromagnetism, Neutron, Spin (physics), Reflectivity
Abstract: WOS:000368442100010; International audience; We report on the magnetization at the Cr/MgO interface, which we studied through two complementary techniques: angle-resolved photoemission spectroscopy and polarized neutron reflectivity. We experimentally observe an enhanced interface magnetization at the interface, yet with values much smaller than the ones reported so far by theoretical and experimental studies on Cr(001) surfaces. Our findings cast some doubts on the interpretations on previous works and could be useful in antiferromagnetic spin torque studies.
Published: 2015

26. Microstructure and mechanical properties of ultrafine-grained fcc/hcp cobalt processed by a bottom-up approach

Author: Joël Douin, Noureddine Jouini, Frédéric Schoenstein, S. M. Chérif, Jenő Gubicza, Christophe Gatel, F. Fellah, and Guy Dirras
Subjects: Materials science, Mechanical Engineering, Metals and Alloys, Nucleation, Strain rate, Plasticity, Microstructure, Grain size, Crystallography, Deformation mechanism, Mechanics of Materials, Hot isostatic pressing, Materials Chemistry, Dislocation, Composite material
Abstract: Bulk Co samples having a mean grain size of ∼300 nm were processed by hot isostatic pressing of a high purity Co nanopowder synthesized by chimie douce. The grain interior exhibited a highly faulted nanoscale lamellar microstructure comprising an intricate mixture of face-centered cubic, hexagonal close-packed phases and nanotwins. Room temperature compression tests carried out at a strain rate of ∼2 × 10−4 s−1 revealed a yield stress of ∼1 GPa, a strain to rupture of ∼5%. During straining it was found that the hexagonal close-packed phase content increased from 55% to 65% suggesting a deformation mechanism based on stress-assisted face-centered cubic to hexagonal close-packed phase transformation. In addition, an apparent activation volume of ∼3b3 was computed which indicates that the deformation mechanism was controlled by dislocation nucleation from the numerous boundaries. Nonetheless, in such an intricate microstructure, the overall mechanical properties are discussed in term of a complex interplay between lattice dislocation plasticity, transformation-induced plasticity and possibly twin-induced plasticity.
Published: 2010

27. Lorentz microscopy mapping for domain wall structure study in L10 FePd thin films

Author: Aurélien Masseboeuf, Jean-Christophe Toussaint, Alain Marty, Christophe Gatel, and Pascale Bayle-Guillemaud
Subjects: 010302 applied physics, Materials science, Condensed matter physics, business.industry, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Atomic and Molecular Physics, and Optics, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Electromagnetic induction, Characterization (materials science), Magnetization, Domain wall (magnetism), Optics, Transmission electron microscopy, Phase (matter), 0103 physical sciences, Thin film, 0210 nano-technology, Phase retrieval, business, Instrumentation
Abstract: Thin film alloys with perpendicular anisotropy were studied using Lorentz transmission electron microscopy (LTEM). This work focuses on the configuration of domain walls and demonstrates the suitability and accuracy of LTEM for the magnetic characterization of perpendicular magnetic anisotropy materials. Thin films of chemically ordered (L1(0)) FePd alloys were investigated by micro-magnetic modeling and LTEM phase retrieval approach. The different components of magnetization described by the modeling were studied on experimental images and confirmed by LTEM contrast simulation. Furthermore, quantitative measurements of magnetic induction inside the domain walls were made by using an original method to separate the electrical and magnetical contributions to the phase information. Irregularities were also observed along the domain walls which could play a major role during the magnetization processes.
Published: 2009

28. Quantitative Observation of Magnetic Flux Distribution in New Magnetic Films for Future High Density Recording Media

Author: Etienne Snoeck, Pascale Bayle-Guillemaud, Aurélien Masseboeuf, Christophe Gatel, Alain Marty, Service de Physique des Matériaux et Microstructures (SP2M - UMR 9002), Institut Nanosciences et Cryogénie (INAC), Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Physics - Instrumentation and Detectors, Materials science, Electron Holography, FOS: Physical sciences, Bioengineering, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Electron holography, 0103 physical sciences, Perpendicular, Perpendicular Magnetic Anisotropy, General Materials Science, [PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det], Anisotropy, 010302 applied physics, Condensed Matter - Materials Science, Condensed matter physics, Magnetic moment, Mechanical Engineering, Demagnetizing field, Materials Science (cond-mat.mtrl-sci), Instrumentation and Detectors (physics.ins-det), General Chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Microstructure, Magnetic flux, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Nanometre, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; Off-axis electron holography was used to observe and quantify the magnetic microstructure of a perpendicular magnetic anisotropic (PMA) recording media. Thin foils of PMA materials exhibit an interesting up and down domain configuration. These domains are found to be very stable and were observed at the same time with their stray field, closing magnetic flux in the vacuum. The magnetic moment can thus be determined locally in a volume as small as few tens of cubic nanometers.
Published: 2009

29. Crystalline structure of oxide-based epitaxial tunnel junctions

Author: Frédéric Petroff, Antoine Barbier, Stefan Stanescu, Cyrile Deranlot, Jean-Baptiste Moussy, Richard Mattana, M.-J. Guittet, Christophe Gatel, A. V. Ramos, and Cristian Mocuta
Subjects: Diffraction, Materials science, business.industry, Oxide, General Physics and Astronomy, Crystal structure, Epitaxy, law.invention, Condensed Matter::Materials Science, chemistry.chemical_compound, Tunnel effect, Optics, chemistry, Tunnel junction, law, Optoelectronics, General Materials Science, Physical and Theoretical Chemistry, Photolithography, business, Lithography
Abstract: Epitaxial metal/oxide based magnetic tunnel-junctions (MTJ) are valuable model systems to investigate the influence of the crystallinity of individual layers on the magnetic properties. We have non-destructively studied the effect of the optical lithography procedure on the crystalline structure of MTJ’s with lateral spatial resolution by performing local x-ray diffraction experiments using a microfocused x-ray spot. We demonstrate that the lithography process produces distortion effects on the crystalline structure of the layers near the edges of the lithographed junction. These distortions are present on all the constituent layers and are most probably driven by the elastic constants of the materials. They translate into tilts of the crystalline planes in the vicinity of the edges and propagate towards the center of the junction; the tilt’s amplitude (up to several degrees) and sign (concave or convex) depend on the junction’s shape, size and the type of materials (interfaces) used. We report results for junctions made with two types of metal-oxide interfaces (Co/CoFe2O4 and Co/Fe3O4), with sizes from 10 to 150 μm and various shapes (square-, rectangle- and disk-like).
Published: 2009

30. Synthesis of carbon coated β-SiC nanofibers by microwave plasma assisted chemical vapour deposition in CH4/H2 gas mixture

Author: Jamal Bougdira, S. Rizk, Christophe Gatel, J. Lambert, M. Belmahi, and M.B. Assouar
Subjects: Materials science, Silicon, Scanning electron microscope, Mechanical Engineering, chemistry.chemical_element, Nanotechnology, General Chemistry, Chemical vapor deposition, Electronic, Optical and Magnetic Materials, chemistry, Chemical engineering, Plasma-enhanced chemical vapor deposition, Transmission electron microscopy, Nanofiber, Materials Chemistry, Electrical and Electronic Engineering, Thin film, High-resolution transmission electron microscopy
Abstract: A simple and direct synthesis method was used to grow silicon carbide nanofibers in CH4/H2 mixture on silicon substrates covered by Fe thin film catalyst using microwave plasma assisted chemical vapour deposition. The silicon source is the substrate itself. The samples have been characterized by field emission scanning electron microscopy and transmission electron microscopy combined with electron energy-dispersive X-ray spectroscopy. These characterizations revealed that fibrous nanostructures having stacking faults planes perpendicular to the growth direction coexist with fibrous with no stacking fault. These two types have a core–shell structure, with a diameter of 25–65 nm, and were both assigned to β-SiC. Selected area electron diffraction pattern shows that the faulted SiC structures exhibit streaks indicating defects (irregular layers) while the other ones have a single crystal pattern. One can also observe that the SiC nanofibers grow along (111) orientation. The formation of SiC nanofibers can be explained by the diffusion of Fe in the silicon substrate due to the high temperature during the process which is around 900 °C. The combination of the etching of the surface by atomic hydrogen and the interaction with carbon radicals and carbon atoms allows then the growth of SiC nanofibers.
Published: 2008

31. c-axis inclined AlN film growth in planar system for shear wave devices

Author: Omar Elmazria, Boumediene Benyoucef, M.B. Assouar, Christophe Gatel, A. Fardeheb-Mammeri, and J.-J. Fundenberger
Subjects: Diffraction, Materials science, business.industry, Mechanical Engineering, Surface acoustic wave, General Chemistry, Acoustic wave, Sputter deposition, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Shear (sheet metal), Condensed Matter::Materials Science, Optics, Materials Chemistry, Shear velocity, Electrical and Electronic Engineering, Phase velocity, Composite material, Thin film, business
Abstract: AlN thin films are of continued interest for exciting acoustic waves for surface and bulk acoustic wave devices. This work reports on the growth and the characterisation of AlN films with the c-axis inclined. These films are of significant interest for shear wave generation in view of realisation of surface acoustic wave devices operating as liquid sensors. AlN films were deposited on 3inch silicon wafers, covered by a SiO2 buffer layer. The deposition was carried out using an RF magnetron sputtering planar system under various deposition parameters, including pressure and temperature. The crystalline orientation and the inclination of the c-axis of the obtained AlN films were investigated using X-ray diffraction and by scanning electronic microscopy. These analyses showed that a c-axis inclination of up to 13° was obtained in our planar charging system under high pressure and at a temperature of 300°C. The shear mode acoustic wave device based on the deposited c-axis inclined AlN film was produced and showed that a phase velocity of 5832m/s was obtained. This value of shear velocity is discussed.
Published: 2008

32. Epitaxial growth of Au and Pt on Fe3O4(111) surface

Author: Etienne Snoeck and Christophe Gatel
Subjects: Materials science, Reflection high-energy electron diffraction, Analytical chemistry, Surfaces and Interfaces, Condensed Matter Physics, Epitaxy, Surface energy, Surfaces, Coatings and Films, Crystallography, Electron diffraction, Sputtering, Transmission electron microscopy, Materials Chemistry, Wetting, Layer (electronics)
Abstract: We have studied the epitaxial growth of Au and Pt layers on Fe3O4(1 1 1) as a function of the deposition temperature and thickness. The layers were deposited by UHV sputtering and the structural properties were investigated by reflection high energy electron diffraction (RHEED), X-ray experiments and transmission electron microscopy (TEM). The epitaxial growth of both metals was obtained whatever the deposition conditions but the wetting is however different for the two metals. Comparison between the coverage ratios of Au and Pt is correlated with their surface and interfaces energies. The optimum conditions to achieve a 2D flat epitaxial metallic layer are determined.
Published: 2007

33. Size-Specific Spin Configurations in Single Iron Nanomagnet: From Flower to Exotic Vortices

Author: Thomas Blon, Lise-Marie Lacroix, Anca Meffre, Etienne Snoeck, Bruno Chaudret, Christophe Gatel, Bénédicte Warot-Fonrose, Francisco Javier Bonilla, Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UPS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UPS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Subjects: Materials science, electron holography, Condensed matter physics, Mechanical Engineering, Bioengineering, General Chemistry, single domain state, Condensed Matter Physics, Nanomagnet, Vortex state, Electron holography, Vortex, Nuclear magnetic resonance, magnetic configuration, Transmission electron microscopy, vortex state, flower state, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Magnetic nanoparticles, [CHIM]Chemical Sciences, General Materials Science, Spin (physics), nanocube, Phase diagram
Abstract: International audience; The different spin configurations in the vicinity of the single-domain/vortex transition are reported in isolated magnetic nanoparticles. By combining chemical synthesis, electron holography in a dedicated transmission electron microscope and micromagnetic simulations, we establish the “magnetic configurations vs size” phase diagram of Fe single-crystalline nanocubes. Room temperature high resolution magnetic maps reveal the transition between single-domain and vortex states for Fe nanocubes from 25 to 27 nm, respectively. An intermediate spin configuration consisting of an ⟨111⟩ vortex is for the first time evidenced.
Published: 2015

34. Off-Axis Electron Holography for the Quantitative Study of Magnetic Properties of Nanostructures: From the Single Nanomagnet to the Complex Device

Author: Mark Anthony Gubbins, Christophe Gatel, M. A. Bashir, Thomas Blon, Aurélien Masseboeuf, F. Bonnilla, Joshua F. Einsle, Etienne Snoeck, Robert M. Bowman, Anca Meffre, Lise-Marie Lacroix, Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Centre for Nanostructured Media, International Research Centre for Experimental Physics, Queen's University [Belfast] (QUB), Seagate Technology, Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), and Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: [PHYS]Physics [physics], Nanostructure, Materials science, Nanotechnology, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Nanomagnet, Electron holography, 0104 chemical sciences, 0210 nano-technology, Instrumentation, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: Electron holography (EH) is a powerful interferometric TEM method particularly efficient for the quantitative studies of local electrostatic and magnetic fields at the nanoscale over a field of view as large as few microns. We applied this method to study the magnetic properties of two very different systems: single 20 nm Fe nanocubes and a hard-disk drive writer in operando.
Published: 2015

35. Low-noise cold-field emission current obtained between two opposed carbon cone nanotips during in situ transmission electron microscope biasing

Author: Marc Monthioux, Florent Houdellier, Christophe Gatel, L. de Knoop, Martin Hÿtch, Etienne Snoeck, Aurélien Masseboeuf, Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Matériaux Multi-fonctionnels et Multi-échelles (CEMES-M3), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Subjects: 010302 applied physics, Materials science, Physics and Astronomy (miscellaneous), business.industry, chemistry.chemical_element, Biasing, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Anode, Field electron emission, chemistry, Transmission electron microscopy, 0103 physical sciences, Scanning transmission electron microscopy, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Optoelectronics, Energy filtered transmission electron microscopy, [PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det], Atomic physics, 0210 nano-technology, business, Carbon, Noise (radio)
Abstract: International audience; A dedicated transmission electron microscope sample holder has been used to study in situ the cold-field emission process of carbon cone nanotips (CCnTs). We show that when using a CCnT instead of a Au plate-anode, the standard deviation of the emission current noise can be decreased from the 10 nA range to the 1 nA range under vacuum conditions of 10−5 Pa. This shows the strong influence of the anode on the cold-field emission current noise.
Published: 2015

36. Development of TEM and SEM high brightness electron guns using cold-field emission from a carbon nanotip

Author: Yoshifumi Taniguchi, L. de Knoop, Aurélien Masseboeuf, Mathieu Delmas, Shuichi Mamishin, Marc Monthioux, Martin Hÿtch, Florent Houdellier, Etienne Snoeck, Christophe Gatel, Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Hitachi, Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: [PHYS]Physics [physics], Materials science, business.industry, High voltage, Electron, 7. Clean energy, Atomic and Molecular Physics, and Optics, Electron holography, Cathode, Electronic, Optical and Magnetic Materials, law.invention, Field electron emission, law, Electric field, Optoelectronics, Work function, Atomic physics, business, Instrumentation, Voltage
Abstract: International audience; A newly developed carbon cone nanotip (CCnT) has been used as field emission cathode both in low voltage SEM (30 kV) electron source and high voltage TEM (200 kV) electron source. The results clearly show, for both technologies, an unprecedented stability of the emission and the probe current with almost no decay during 1 h, as well as a very small noise (rms less than 0.5%) compared to standard sources which use tungsten tips as emitting cathode. In addition, quantitative electric field mapping around the FE tip have been performed using in situ electron holography experiments during the emission of the new tip. These results show the advantage of the very high aspect ratio of the new CCnT which induces a strong enhancement of the electric field at the apex of the tip, leading to very small extraction voltage (some hundred of volts) for which the field emission will start. The combination of these experiments with emission current measurements has also allowed to extract an exit work function value of 4.8 eV.
Published: 2015

37. Air- and water-resistant noble metal coated ferromagnetic cobalt nanorods

Author: Hervé Martinez, Jeffrey T. Miller, Reasmey P. Tan, Katerina Soulantica, Sergio Lentijo-Mozo, Benoit Cormary, Gustaaf Van Tendeloo, Sara Bals, Teresa Hungria, James R. Gallagher, Stefan Schrittwieser, Pier-Francesco Fazzini, Christophe Gatel, Thomas Altantzis, Joerg Schotter, Marc Respaud, Cécile Garcia-Marcelot, Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Electron Microscopy for Materials Science - EMAT (Antwerp, Belgium), Universiteit Antwerpen = University of Antwerpen [Antwerpen], Chemical Sciences and Engineering Division [Argonne], Argonne National Laboratory [Lemont] (ANL), Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les materiaux (IPREM), Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Austrian Institute of Technology [Vienna] (AIT), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), and Universiteit Antwerpen [Antwerpen]
Subjects: Anisotropic shapes, Magnetism, Core shell, General Physics and Astronomy, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Chemicals removal (water treatment), Magnetization, Tin coordination, General Materials Science, Nanomagnetics, Magnetic anisotropy, Cobalt compounds, Uniaxial magnetic anisotropy, Magnetic metals, Physics, General Engineering, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, water resistant, cobalt, Chemistry, core-shell, Metals, ferromagnetic, Ferromagnetism, Nanorod, Noble metal, Ferromagnetic materials, Metal coatings, 0210 nano-technology, Cobalt, Engineering sciences. Technology, Materials science, chemistry.chemical_element, engineering.material, 010402 general chemistry, Magnetic properties, [CHIM]Chemical Sciences, Shells (structures), Metallurgy, 0104 chemical sciences, chemistry, Chemical engineering, Precious metals, engineering, Anisotropy, Tin, High magnetization, nanorods
Abstract: International audience; Cobalt nanorods possess ideal magnetic properties for applications requiring magnetically hard nanoparticles. However, their exploitation is undermined by their sensitivity toward oxygen and water, which deteriorates their magnetic properties. The development of a continuous metal shell inert to oxidation could render them stable, opening perspectives not only for already identified applications but also for uses in which contact with air and/or aqueous media is inevitable. However, the direct growth of a conformal noble metal shell on magnetic metals is a challenge. Here, we show that prior treatment of Co nanorods with a tin coordination compound is the crucial step that enables the subsequent growth of a continuous noble metal shell on their surface, rendering them air- and water-resistant, while conserving the monocrystallity, metallicity and the magnetic properties of the Co core. Thus, the as-synthesized core-shell ferromagnetic nanorods combine high magnetization and strong uniaxial magnetic anisotropy, even after exposure to air and water, and hold promise for successful implementation in in vitro biodiagnostics requiring probes of high magnetization and anisotropic shape. © 2015 American Chemical Society.
Published: 2015

38. Epitaxial growth and magnetic exchange anisotropy in Fe3O4/NiO bilayers grown on MgO(001) and Al2O3(0001)

Author: Etienne Snoeck, Christophe Gatel, Virginie Serin, and Albert Fert
Subjects: Magnetization, Magnetic anisotropy, Materials science, Ferromagnetism, Condensed matter physics, Ferrimagnetism, Non-blocking I/O, Antiferromagnetism, Condensed Matter Physics, Epitaxy, Magnetic hysteresis, Electronic, Optical and Magnetic Materials
Abstract: Epitaxial Fe3O4/NiO bilayers were epitaxially grown on MgO(001) and Al2O3(0001) substrates to investigate the influence of the fully spin compensated (001) and the non-compensated (111) NiO interface planes between the ferromagnetic (F) and antiferromagnetic (AF) layers on the AF/F exchange coupling. Bilayers of different magnetite thicknesses and constant NiO thickness were investigated. The structural characterizations indicate a perfect epitaxy of the two layers for the both growth directions in the two Fe3O4/NiO/MgO(001) and NiO/Fe3O4/Al2O3(0001) systems. An epitaxial ferrimagnetic (Ni,Fe)Fe2O4 phase is observed at the AF/F interface when the NiO oxide is grown on the top of the Fe3O4 layer while a perfectly flat AF/F interface is observed in the Fe3O4/NiO/MgO(001) system exhibiting only a very slight interdiffusion. Magnetic measurements indicate a relative strong bias at 300 K for the bilayers grown on Al2O3(0001), which decreases with the inverse of the ferrimagnetic layer thickness as theoretically expected. On the contrary, a zero exchange biasing is observed at 300 K for the bilayers grown on MgO(001).
Published: 2005

39. High-resolution imaging of remanent state and magnetization reversal of superdomain structures in high-density cobalt antidot arrays

Author: M. R. Ibarra, Javier Sesé, Fernando Bartolomé, L.M. García, Christophe Gatel, Etienne Snoeck, Juan Bartolomé, Julia Herrero-Albillos, C. Castán-Guerrero, Luis A. Rodríguez, César Magén, Universidad de Zaragossa, Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Laboratorio TASC (IOM CNR), Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Instituto Universitario de Investigacion de Nanocienca de Aragon, University of Zaragoza - Universidad de Zaragoza [Zaragoza], Centro Universitario de la Defensa, Centra de Huesca, Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón [Saragoza, España] (ICMA-CSIC), Ministerio de Economía y Competitividad (España), European Commission, Consejo Superior de Investigaciones Científicas (España), Gobierno de Aragón, Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), National Research Council of Italy | Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UPS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, and Université de Saragosse
Subjects: PACS numbers: 68.37.Lp, 81.16.Rf, 75.60.Jk, 75. 78.Cd, Materials science, Bioengineering, in situ Lorentz microscopy, magnetic superdomains, Magnetization, Lattice (order), transmission electron microscopy, Perpendicular, [CHIM.CRIS]Chemical Sciences/Cristallography, General Materials Science, [PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det], Electrical and Electronic Engineering, Saturation (magnetic), [PHYS]Physics [physics], Condensed matter physics, Mechanical Engineering, General Chemistry, Nanomagnet, Magnetic field, magnetic antidot arrays, Mechanics of Materials, Transmission electron microscopy, Remanence, [PHYS.COND.CM-GEN]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Other [cond-mat.other], [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], magnetization reversal
Abstract: Remanent state and magnetization reversal processes of a series of cobalt antidot arrays with a fixed hole diameter (d ¿ 55 nm) and an array periodicity (p) ranging between 95 and 524 nm were studied by in situ Lorentz microscopy (LM) as a function of the magnetic field. At remanence, defocused LM images showed the periodicity dependence of the magnetic states inside the lattice. A remarkable transition was observed in the type of domain structures as a function of p: for the large periodicities (p > 300 nm), conventional 90° and 180° domain walls were formed, whereas in small-period antidot arrays (p lE 160 nm) magnetic superdomain walls (SDWs) were nucleated to separate regions with different average magnetization direction, the so-called magnetic superdomains. In the SDW regime, a low-frequency Fourier filtering method was implemented to allow a quantitative analysis of the LM images by the transport of intensity equation method. In situ LM experiments under applied magnetic fields were performed to study the reversal magnetization process in a particular array (p = 160 nm), and clear differences were observed as a function of the magnetic field orientation. The switching process under magnetic fields parallel to the horizontal antidot rows occurs in two stages: the system first nucleates and propagates horizontal SDWs, parallel to the field. Then, at higher magnetic fields, vertical SDWs, perpendicular to the field, appear before saturation. When the magnetic field is applied at 45° with respect to the antidot rows, both horizontal and vertical SDWs are nucleated and propagated simultaneously. All the experiments were successfully correlated with micromagnetic simulations. The current study sheds new light on the magnetization reversal processes of antidot arrays and opens new possibilities of exploiting the potential of high-resolution in situ LM and new data analysis procedures to probe magnetization processes in nanomagnetism, particularly in periodic arrays of nanomagnets., This work was partially supported (including FEDER funding) by the Spanish Ministry of Economy and Innovation (MINECO) through projects MAT2011-28532-C03-02, MAT2011-23791 and MAT2012-38318-CO3; by the Aragón Regional Government through Projects E26 (MAGNA), E34 (IMANA), and CTPP4/11; and by the European Union under the Seventh Framework Program under a contract for an Integrated Infrastructure Initiative, Reference 312483-ESTEEM2. C. Castán-Guerrero acknowledges a JAE-Predoc grant from CSIC.
Published: 2014

40. Tunnel-mediated coupling between antiferromagnetic thin films

Author: Marie-Alix Leroy, Yuan Lu, Coriolan Tiusan, Arsen Gukasov, Brahim Dkhil, Javier Herrero-Martín, Christophe Gatel, Karim Bouzehouane, Vincent Jacques, Sylvain Ravy, Stéphane Andrieu, A. M. Bataille, C. Bellouard, Florence Porcher, Antoine Barbier, Thomas Hauet, Institut Jean Lamour (IJL), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Léon Brillouin (LLB - UMR 12), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service de Physique et de Chimie des Surfaces et Interfaces (SPCSI), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire de Physique des Solides (LPS), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Synchrotron SOLEIL (SSOLEIL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité mixte de physique CNRS/Thales (UMPhy CNRS/THALES), THALES [France]-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Lorraine (UL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-THALES, Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and THALES-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Materials science, Condensed matter physics, Spintronics, Spins, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 01 natural sciences, Inductive coupling, number(s): 7530Fv, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Ferromagnetism, 0103 physical sciences, Monolayer, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Antiferromagnetism, Thin film, 010306 general physics, 0210 nano-technology, Quantum tunnelling
Abstract: International audience; The study, tailoring, and control of the coupling between magnetic layers triggered the development of spintronics and has been up to now focused on systems comprising at least one ferromagnetic layer. Here we present a system where two antiferromagnetic layers separated by an ultrathin tunnel barrier interact with each other. We have studied with neutron and x-ray diffraction two sets of Cr/MgO/Cr trilayers, with either thin (five monolayers or less) or thick (eight monolayers or more) MgO layers, along with isolated Cr layers used as references. While the behavior of the trilayers with thick MgO layers can be explained by the strain state of each layer, that of trilayers with thin barriers cannot be related to the well known behavior of isolated chromium layers. We indeed report in these samples the presence of anomalous magnetic phases (modified propagation vector, direction of spins and propagation vectors inconsistent with the strain state of the sample) that we ascribe to the existence of a tunnel magnetic coupling between the AF layers through the insulating barrier. This unexpected finding opens opportunities for spintronics using solely antiferromagnets.
Published: 2014

41. Molecular beam epitaxy and properties of GaAsBi/GaAs quantum wells grown by molecular beam epitaxy: effect of thermal annealing

Author: Hélène Carrère, Alexandre Arnoult, Xavier Marie, Teresa Hungria, Guy Lacoste, Poonyasiri Boonpeng, Julien Nicolaï, Simone Mazzucato, Hajer Makhloufi, Chantal Fontaine, Anne Ponchet, Christophe Gatel, Équipe Photonique (LAAS-PHOTO), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Surfaces, Interfaces et Nano-Objets (CEMES-SINanO), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), ANR-11-BS10-0017,NAIADE,Nanocaractérisation et modélisation d'Antimoniures d'éléments III : Interfaces et Analyse des Déformations d'Epitaxie(2011), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Subjects: Materials science, Photoluminescence, Annealing (metallurgy), chemistry.chemical_element, Nanochemistry, Nanotechnology, Bismuth, Condensed Matter::Materials Science, Materials Science(all), General Materials Science, Quantum well, [PHYS]Physics [physics], Nano Express, business.industry, Condensed Matter Physics, Heteroepitaxy, X-ray diffraction, Secondary ion mass spectrometry, chemistry, Transmission electron microscopy, Optoelectronics, business, Dilute bismides, Molecular beam epitaxy
Abstract: We have grown GaAsBi quantum wells by molecular beam epitaxy. We have studied the properties of a 7% Bi GaAsBi quantum well and their variation with thermal annealing. High-resolution X-ray diffraction, secondary ion mass spectrometry, and transmission electron microscopy have been employed to get some insight into its structural properties. Stationary and time-resolved photoluminescence shows that the quantum well emission, peaking at 1.23 μm at room temperature, can be improved by a rapid annealing at 650°C, while the use of a higher annealing temperature leads to emission degradation and blue-shifting due to the activation of non-radiative centers and bismuth diffusion from the quantum well.
Published: 2014

42. Co–Fe Nanodumbbells: Synthesis, Structure, and Magnetic Properties

Author: Sergio Lentijo-Mozo, Nikos Liakakos, Thomas Altantzis, Sara Bals, Gustaaf Van Tendeloo, Katerina Soulantica, Christophe Gatel, Lise-Marie Lacroix, Cécile Garcia-Marcelot, Marc Respaud, Thomas Blon, Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Electron Microscopy for Materials Science - EMAT (Antwerp, Belgium), Universiteit Antwerpen = University of Antwerpen [Antwerpen], Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Universiteit Antwerpen [Antwerpen], Laboratoire de physique et chimie des nano-objets ( LPCNO ), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Toulouse III - Paul Sabatier ( UPS ), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales ( CEMES ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Toulouse III - Paul Sabatier ( UPS ), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique ( CEMES-I3EM ), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), University of Antwerp ( UA ), and EMAT, University of Antwerp
Subjects: Nanostructure, Materials science, Nucleation, chemistry.chemical_element, Bioengineering, Nanotechnology, 02 engineering and technology, magnetic nanocrystals, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, [ CHIM ] Chemical Sciences, law.invention, metal heterostructures, iron, law, [CHIM]Chemical Sciences, General Materials Science, High-resolution transmission electron microscopy, [ PHYS ] Physics [physics], Mechanical Engineering, Physics, epitaxial growth, General Chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, cobalt, 0104 chemical sciences, Magnetic anisotropy, Chemistry, chemistry, Electron tomography, Chemical engineering, Nanorod, Electron microscope, 0210 nano-technology, Cobalt, Engineering sciences. Technology, nanodumbbells
Abstract: International audience; We report the solution phase synthesis, the structural analysis, and the magnetic properties of hybrid nanostructures combining two magnetic metals. These nano-objects are characterized by a remarkable shape, combining Fe nanocubes on Co nanorods. The topological composition, the orientation relationship, and the growth steps have been studied by advanced electron microscopy techniques, such as HRTEM, electron tomography, and state-of-the-art 3-dimensional elemental mapping by EDX tomography. The soft iron nanocubes behave as easy nucleation centers that induce the magnetization reversal of the entire nanohybrid, leading to a drastic modification of the overall effective magnetic anisotropy.
Published: 2014

43. Structure, magnetic ordering, and spin filtering efficiency of NiFe2O4(111) ultrathin films

Author: Peng Wei, M.-A. Arrio, Jagadeesh S. Moodera, Ph. Sainctavit, Jean-Baptiste Moussy, Sylvia Matzen, Julio C. Cezar, Christophe Gatel, Service de Physique et de Chimie des Surfaces et Interfaces (SPCSI), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Francis Bitter Magnet Laboratory, Massachusetts Institute of Technology (MIT), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie (IMPMC), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR206-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR206-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Materials science, Physics and Astronomy (miscellaneous), Condensed matter physics, Magnetoresistance, Relaxation (NMR), 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Magnetization, Tunnel effect, [PHYS.QPHY]Physics [physics]/Quantum Physics [quant-ph], 0103 physical sciences, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Thin film, 010306 general physics, 0210 nano-technology, Quantum tunnelling, Molecular beam epitaxy, Spin-½
Abstract: International audience; NiFe2O4(111) ultrathin films (3-5 nm) have been grown by oxygen-assisted molecular beam epitaxy and integrated as effective spin-filter barriers. Structural and magnetic characterizations have been performed in order to investigate the presence of defects that could limit the spin filtering efficiency. These analyses have revealed the full strain relaxation of the layers with a cationic order in agreement with the inverse spinel structure but also the presence of antiphase boundaries. A spin-polarization up to þ25% has been directly measured by the Meservey-Tedrow technique in Pt(111)/NiFe2O4(111)/c-Al2O3(111)/Al tunnel junctions. The unexpected positive sign and relatively small value of the spin-polarization are discussed, in comparison with predictions and previous indirect tunnelling magnetoresistance measurements
Published: 2014

44. Experimental investigation of the vibrational density of states and electronic excitations in metallic nanocrystals

Author: Caroline Bonafos, Nicolas Combe, Maxime Bayle, Patrizio Benzo, Robert Carles, Gérard Benassayag, Christophe Gatel, Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales ( CEMES ), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Subjects: [PHYS]Physics [physics], Materials science, [ PHYS ] Physics [physics], Nanotechnology, Condensed Matter Physics, Atomic units, Molecular physics, Electronic, Optical and Magnetic Materials, symbols.namesake, Nanocrystal, Atom, symbols, Quasiparticle, Surface plasmon resonance, Spectroscopy, PACS number(s): 63.22.Kn, 78.30.Er, 73.22.Lp, 65.80.−, Nanoscopic scale, Raman scattering
Abstract: cited By 12; International audience; An investigation of the vibrational density of states (VDOS) in silver nanocrystals is performed using Raman scattering. A specific sample architecture, setup configuration, and original elaboration process are used in order to take simultaneously advantage of spectrally and spatially localized surface plasmon resonance, optical amplification, and dark-field spectroscopy. Disentangling the contributions of atom vibrations and electron-hole excitations (i.e., the so-called "background" in surface-enhanced Raman scattering) is performed. The extracted VDOS is successfully compared with theoretical ones obtained by atomic scale simulations. The effects of size, strain, and disorder on the VDOS are analyzed; in particular, the strain effect is investigated experimentally using the geometrical phase analysis coupled with high-resolution transmission electron microscopy. This work offers an opportunity to examine thermodynamic properties, like specific heat, at the nanoscale.
Published: 2014

45. Local strain measurements at dislocations, disclinations and domain boundaries

Author: Nikolay Cherkashin, Martin Hÿtch, Etienne Snoeck, Thibaud Denneulin, Axel Lubk, Christophe Gatel, Lise Durand, Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Technische Universität Dresden = Dresden University of Technology (TU Dresden), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: 010302 applied physics, [PHYS]Physics [physics], Microscope, Materials science, Condensed matter physics, Scattering, 02 engineering and technology, Disclination, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Electron holography, law.invention, Geometric phase, law, 0103 physical sciences, Partial dislocations, Multiferroics, 0210 nano-technology, High-resolution transmission electron microscopy, Instrumentation
Abstract: cited By 0; International audience; We present the state of the art in strain mapping at the nanoscale using aberration - corrected high - resolution transmission electron microscopy, HRTEM and HAADF - STEM, and dark - field electron holography (DFEH) [1]. In particular, we will focus on the examination of localized strains around defects. A broader comparison of TEM strain mapping techniques can be found i n a recent review [2]. High - resolution images can be analysed by geometric phase analysis (GPA) [3] or applying peak - finding routines to determine the positions of individual atomic columns. GPA is best adapted to measuring the deformation of the crystall ine lattice, as the example concerning a five - fold twinned Pt nanoparticle will show (Figure 1). These star - shaped particles [4] have a disclination - like strain fields around their centres, as found for Au nanoparticles [5]. In multiferroic materials, peak - finding can be used to determine the relative displacements of atom columns within a unit cell [6]. The local polarization and strain can be mapped around dislocations and in the vicinity of domain walls (Figure 2). DFEH was developed to measure strain over wide fields of view to high precision and nanometre spatial resolution. We have nevertheless been applying the technique to the study of quantum dots to relatively high resolution [7]. As with any TEM technique the samples are necessarily thin which allows some of the strain to be relaxed: the well - known thin film effect. In addition, dynamical scattering effects the strain information [8]. These issues will be addressed using a combination of finite - element modelin g (FEM) and dynamical - scattering simulations. This overview will, in addition, show results from the recently installed I2TEM microscope (Hitachi), an instrument specifically designed for DFEH experiments and aberration - corrected HRTEM over wide fields of view and for in - situ experiments (Figure 3).
Published: 2014

46. Determining the work function of a carbon-cone cold-field emitter by in situ electron holography

Author: Florent Houdellier, Ludvig de Knoop, Marc Monthioux, Aurélien Masseboeuf, Christophe Gatel, Martin Hÿtch, Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Etude des Matériaux par Microscopie Avancée (LEMMA ), Modélisation et Exploration des Matériaux (MEM), Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Service de Physique des Matériaux et Microstructures (SP2M - UMR 9002), Institut Nanosciences et Cryogénie (INAC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), and Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Subjects: 010302 applied physics, [PHYS]Physics [physics], Materials science, Field (physics), General Physics and Astronomy, 02 engineering and technology, Cell Biology, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Electron holography, Field electron emission, Structural Biology, Transmission electron microscopy, Electric field, 0103 physical sciences, General Materials Science, Work function, Atomic physics, 0210 nano-technology, Voltage, Common emitter
Abstract: International audience; Cold-field emission properties of carbon cone nanotips (CCnTs) have been studied in situ in the transmission electron microscope (TEM). The current as a function of voltage, i(V), was measured and analyzed using the Fowler–Nordheim (F–N) equation. Off-axis electron holography was employed to map the electric field around the tip at the nanometer scale, and combined with finite element modeling, a quantitative value of the electric field has been obtained. For a tip-anode separation distance of 680 nm (measured with TEM) and a field emission onset voltage of 80 V, the local electric field was 2.55 V/nm. With this knowledge together with recorded i(V) curves, a work function of 4.8 ± 0.3 eV for the CCnT was extracted using the F–N equation.
Published: 2014

47. Magnetic behavior and role of the antiphase boundaries in Fe3O4 epitaxial films sputtered on MgO (001)

Author: Stefan Visnovsky, Etienne Snoeck, D. Basso, L. Ressier, Jean-François Bobo, D. Hrabovsky, J.L. Gauffier, J. Hamrle, J. Teillet, Albert Fert, R. Mamy, and Christophe Gatel
Subjects: Condensed Matter::Materials Science, Hysteresis, Magnetization, Materials science, Condensed matter physics, Magnetic domain, Conversion electron mössbauer spectroscopy, Sputter deposition, Magnetic force microscope, Condensed Matter Physics, Magnetic hysteresis, Single crystal, Electronic, Optical and Magnetic Materials
Abstract: Magnetite Fe3O4 films were grown on single crystal MgO (001) substrates using facing target sputtering technique. Conversion Electron Mossbauer Spectroscopy and magneto optical polar Kerr spectra have confirmed the stoichiometric repartition of Fe cations corresponding to the inverse spinel structure and the electronic structure characteristic of bulk Fe3O4. Hysteresis loops carried out at room temperature show that, in a 1 T applied magnetic field, only 60% of the saturation magnetization is detected. This behavior is discussed in correlation to the antiphase boundaries (APBs) observed by electron microscopy. Magnetic force microscopy studies show that magnetic domains are larger than the mean distance between APBs.
Published: 2001

48. Local Chemical and Deformation Profiles in InAs/AlSb Multilayer Structures for Quantum Cascade Lasers

Author: R. Teissier, M. Vallet, Bénédicte Warot-Fonrose, Christophe Gatel, Anne Ponchet, A. N. Baranov, César Magén, and Julien Nicolai
Subjects: Materials science, business.industry, Cascade, law, Optoelectronics, Deformation (meteorology), business, Laser, Instrumentation, Quantum, law.invention
Published: 2015

49. Magnetism of CoFe$_2$O$_4$ ultrathin films on MgAl$_2$O$_4$ driven by epitaxial strain

Author: Bénédicte Warot-Fonrose, Jean-Baptiste Moussy, Christophe Gatel, Sylvia Matzen, Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique (CEMES-I3EM), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Nano-Magnétisme et Oxydes (LNO), Service de physique de l'état condensé (SPEC - UMR3680), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Subjects: 010302 applied physics, [PHYS]Physics [physics], Materials science, Physics and Astronomy (miscellaneous), Condensed matter physics, Strain (chemistry), Magnetism, Relaxation (NMR), Relaxation process, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, Epitaxy, 01 natural sciences, Magnetic anisotropy, Magnetization, Geometric phase, 0103 physical sciences, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; We report on the correlations between magnetic anisotropy and strain state in CoFe$_2$O$_4$ ultrathin films grown on MgAl$_2$O$_4$(100) and MgAl$_2$O$_4$(111) substrates. By local strain analysis using the geometric phase method, a significant in-plane compressive strain is observed for the (001) orientation while a full relaxation is detected for the (111) orientation. The relaxation process in CoFe$_2$O$_4$(111) layers induces interface dislocations and a large amount of antiphase boundaries while a pseudomorphic growth is observed for the (001) direction, decreasing significantly the density of antiphase boundaries. By comparing the magnetoelastic energy terms, the correlation between strain state and resultant magnetization is discussed.
Published: 2013

50. Optimized cobalt nanowires for domain wall manipulation imaged by in situ Lorentz microscopy

Author: M. R. Ibarra, J. M. De Teresa, Etienne Snoeck, Luis Serrano-Ramón, E. Martínez-Vecino, Luis E. F. Foa Torres, Rosa Córdoba, Luis A. Rodríguez, Christophe Gatel, César Magén, European Commission, Ministerio de Economía y Competitividad (España), and Junta de Castilla y León
Subjects: 010302 applied physics, Materials science, Physics and Astronomy (miscellaneous), Condensed matter physics, Ion plating, Nucleation, Nanowire, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, 3. Good health, Magnetic field, Vortex, Transverse plane, 0103 physical sciences, Microscopy, Cathode ray, 0210 nano-technology
Abstract: Under the terms of the Creative Commons Attribution 3.0 Unported License.-- et al., Direct observation of domain wall (DW) nucleation and propagation in focused electron beam induced deposited Co nanowires as a function of their dimensions was carried out by Lorentz microscopy (LTEM) upon in situ application of magnetic field. Optimal dimensions favoring the unambiguous DW nucleation/propagation required for applications were found in 500-nm-wide and 13-nm-thick Co nanowires, with a maximum nucleation field and the largest gap between nucleation and propagation fields. The internal DW structures were resolved using the transport-of-intensity equation formalism in LTEM images and showed that the optimal nanowire dimensions correspond to the crossover between the nucleation of transverse and vortex walls., This work was supported by Spanish Ministry of Economy and Competitivity through project Nos. MAT2011-28532-C03-01, MAT2011-28532-C03-02, and MAT2011-27553-C02, including FEDER funds, by Junta de Castilla y Leon through the Project SA163A12, and by the European Union Seventh Framework Programme under Grant Agreement 312483—ESTEEM2 (Integrated Infrastructure Initiative—I3) and TRAIN2 project.
Published: 2013

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