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8 results on '"Kahina Ait Atmane"'

1. Optimization of the magnetic properties of aligned Co nanowires/polymer composites for the fabrication of permanent magnets

Author

Fang, Weiqing, Panagiotopoulos, Ioannis, Ott, Frédéric, Boué, François, Kahina, Ait-Atmane, Piquemal, Jean-Yves, Viau, Guillaume, and Dalmas, Florent

Subjects
Condensed Matter - Materials Science, Condensed Matter - Soft Condensed Matter
Abstract

We aim at combining high coercivity magnetic nanowires in a polymer matrix in a view to fabricate rare--earth free bonded magnets. In particular, our aim is to fabricate anisotropic materials by aligning the wires in the polymer matrix. We have explored the different parameters of the fabrication process in order to produce a material with the best possible magnetic properties. We show that the choice of a proper solvent allows obtaining stable nanowire suspensions. The length and the type of the polymer chains play also an important role. Smaller chains ($M_w < 10000$) provide better magnetization results. The magnetic field applied during the casting of the material plays also a role and should be of the order of a fraction of a tesla. The local order of the nanowires in the matrix has been characterized by TEM and Small Angle Neutron Scattering. The correlation between the local order of the wires and the magnetic properties is discussed. Materials with coercivity $\mu_0 H_c$ up to 0.70 $T$ at room temperature have been obtained.

Published
2016
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2. High temperature structural and magnetic properties of cobalt nanorods

Author

Fatih Zighem, Kahina Ait Atmane, Frédéric Ott, Jérémie Margueritat, Jean-Yves Piquemal, Mona Ibrahim, Grégory Chaboussant, Guillaume Viau, Yaghoub Soumare, Rym Boubekri, Frédéric Schoenstein, Noureddine Jouini, T. Maurer, Interfaces, Traitements, Organisation et Dynamique des Systèmes (ITODYS (UMR_7086)), Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux (LSPM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Sorbonne Paris Cité (USPC)-Institut Galilée-Université Paris 13 (UP13), Laboratoire Léon Brillouin (LLB - UMR 12), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay, 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 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-Institut de Chimie du CNRS (INC)-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)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris 13 (UP13)-Institut Galilée-Université Sorbonne Paris Cité (USPC)-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 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 National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7), 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), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Materials science, thermal treatments, Analytical chemistry, FOS: Physical sciences, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, law.invention, Inorganic Chemistry, Nuclear magnetic resonance, law, Materials Chemistry, Texture (crystalline), Physical and Theoretical Chemistry, polyol process, Anisotropy, Condensed Matter - Materials Science, permanent magnets, Materials Science (cond-mat.mtrl-sci), [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, Coercivity, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Magnetocrystalline anisotropy, cobalt, 0104 chemical sciences, Electronic, Optical and Magnetic Materials, SQUID, Magnet, X-ray crystallography, Ceramics and Composites, Nanorod, nanorods, 0210 nano-technology
Abstract

We present in this paper the structural and magnetic properties of high aspect ratio Co nanoparticles (~10) at high temperatures (up to 623 K) using in situ X ray diffraction (XRD) and SQUID characterizations. We show that the anisotropic shapes, the structural and texture properties are preserved up to 500 K. The coercivity can be modelled by u0Hc=2(Kmc+Kshape)/Ms with Kmc the magnetocrystalline anisotropy constant, Kshape the shape anisotropy constant and Ms the saturation magnetization. Hc decreases linearly when the temperature is increased due to the loss of the Co magnetocrystalline anisotropy contribution. At 500K, 50% of the room temperature coercivity is preserved corresponding to the shape anisotropy contribution only. We show that the coercivity drop is reversible in the range 300 - 500 K in good agreement with the absence of particle alteration. Above 525 K, the magnetic properties are irreversibly altered either by sintering or by oxidation., 8 pages, 7 figures, submitted to Journal of Solid State Chemistry

Published
2013
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3. Localized magnetization reversal processes in cobalt nanorods with different aspect ratios

Author

Kahina Ait Atmane, Lise-Marie Lacroix, Weiqing Fang, Guillaume Viau, Frédéric Ott, Evangelia Anagnostopoulou, Marc Pousthomis, Jean-Yves Piquemal, Rym Boubekri, Ioannis Panagiotopoulos, 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), Department of Materials Science and Engineering [Ioannina], University of Ioannina, LLB - Nouvelles frontières dans les matériaux quantiques (NFMQ), 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)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Interfaces, Traitements, Organisation et Dynamique des Systèmes (ITODYS (UMR_7086)), Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-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), 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-Institut de Chimie du CNRS (INC)-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)-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, Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay, 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), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)

Subjects
micromagnetic calculations, Materials science, Condensed matter physics, shape anisotropy, Nucleation, Stacking, Nanowire, permanent magnets, Coercivity, Condensed Matter Physics, Aspect ratio (image), nanorod, Atomic and Molecular Physics, and Optics, Coherence length, Magnetization, Nuclear magnetic resonance, nanowire, [CHIM]Chemical Sciences, General Materials Science, Nanorod, Electrical and Electronic Engineering
Abstract

We present results of the synthesis of cobalt nanorods using the polyol process and the mechanism of magnetization reversal. We show that the nucleation step is significantly dependent on the nature of the ruthenium chloride used as the nucleating agent. This allows varying the diameter and aspect ratio of the cobalt nanorods independently. Co nanorods with aspect ratio, mean diameter, and mean length in the ranges ARm = 3–16, D m = 7–25 nm, and L m = 30–300 nm, respectively, were produced using this method. X-ray diffraction and electron microscopy showed that a strong discrepancy between the structural coherence and morphological aspect ratio can exist because of stacking faults. The coercivity of assemblies of different nanorods was systematically measured, and the highest values were obtained for the smallest diameter and the largest structural coherence length. Micromagnetic simulations were performed to account for the dependence of the coercive field on the diameter. An important observation is that simple coherent magnetization rotation models do not apply to these magnetic nano-objects. Even for very small diameters (D m = 5–10 nm) well below the theoretical coherent diameter D coh(Co) = 24 nm, we observed inhomogeneous reversal modes dominated by nucleation at the rod edges or at structural defects such as stacking faults. We conclude that, in order to produce high-coercivity materials based on nanowires, moderate aspect ratios of 5–10 are sufficient for providing a structural coherence similar to the morphological aspect ratio. Thus, the first priority should be to avoid the formation of stacking faults within the Co nanowires.

Published
2015
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4. Control of the anisotropic shape of cobalt nanorods in the liquid phase: from experiment to theory… and back

Author

Mickaël Sicard, Carine Michel, Rémi Losno, Jean-Yves Piquemal, Marion Giraud, Guillaume Viau, Philippe Sautet, Sophie Nowak, Kahina Ait Atmane, Patricia Beaunier, Interfaces, Traitements, Organisation et Dynamique des Systèmes (ITODYS (UMR_7086)), Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Chimie - UMR5182 (LC), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Laboratoire de Réactivité de Surface (LRS), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Valais Works, Lonza AG, ONERA - The French Aerospace Lab [Palaiseau], ONERA-Université Paris Saclay (COmUE), Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA (UMR_7583)), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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 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-Institut de Chimie du CNRS (INC)-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)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7), École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC), ONERA, Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-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-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)-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 National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), 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 de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Interfaces, Traitements, Organisation et Dynamique des Systèmes ( ITODYS UMR7086 ), Université Paris Diderot - Paris 7 ( UPD7 ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire de Chimie - UMR5182 ( LC ), École normale supérieure - Lyon ( ENS Lyon ) -Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire de Réactivité de Surface ( LRS ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ), ONERA, Université Paris Saclay ( ONERA, Université Paris Saclay (F-91123 Palaiseau - France) ), ONERA-Université Paris-Saclay, Laboratoire inter-universitaire des systèmes atmosphèriques ( LISA ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 ( UPEC UP12 ) -Université Paris Diderot - Paris 7 ( UPD7 ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ), 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 ), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )

Subjects
Materials science, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, [ CHIM ] Chemical Sciences, 0104 chemical sciences, chemistry.chemical_compound, Crystallography, chemistry, Transmission electron microscopy, Phase (matter), Particle, [CHIM]Chemical Sciences, General Materials Science, Nanorod, Lamellar structure, Carboxylate, Crystal habit, 0210 nano-technology, Cobalt
Abstract

International audience; The polyol process is one of the few methods allowing the preparation of metal nanoparticles in solution. Hexagonal close packed monocrystalline Co nanorods are easily obtained in basic 1,2-butanediol at 448 K after a few minutes using a Co(II) dicarboxylate precursor. By using a combined experimental and theoretical approach, this study aims at a better understanding of the growth of anisotropic cobalt ferromagnetic nanoparticles by the polyol process. The growth of Co nanorods along the c axis of the hexagonal system was clearly evidenced by transmission electron microscopy, while the mean diameter was found to be almost constant at about 15 nm. Powder X-ray diffraction data showed that metallic cobalt was generated at the expense of a non-reduced solid lamellar intermediate phase which can be considered as a carboxylate ligand reservoir. Density functional theory calculations combined with a thermodynamic approach unambiguously showed that the main parameter governing the shape of the objects is the chemical potential of the carboxylate ligand: the crystal habit was deeply modified from rods to platelets when increasing the concentration of the ligand, i.e. its chemical potential. The approach presented in this study could be extended to a large number of particle types and growth conditions, where ligands play a key role in determining the particle shape.Graphical abstract: Control of the anisotropic shape of cobalt nanorods in the liquid phase: from experiment to theory… and back

Published
2014
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5. Carbon Coating, Carburization and High Temperature Stability Improvement of Cobalt Nanorods

Author

Antoine Zwick, Philippe Decorse, Ekrame Berrichi, Kahina Ait Atmane, Mona Ibrahim, Cécile Marcelot-Garcia, Lise-Marie Lacroix, Jean-Yves Piquemal, Sébastien Lachaize, Guillaume Viau, Bénédicte Warot-Fonrose, 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 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-Institut de Chimie du CNRS (INC)-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)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Interfaces, Traitements, Organisation et Dynamique des Systèmes (ITODYS (UMR_7086)), Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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)-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), 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), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Chemistry, Scanning electron microscope, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, humanities, 0104 chemical sciences, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, chemistry.chemical_compound, Crystallography, General Energy, X-ray photoelectron spectroscopy, Chemical engineering, Oleylamine, Octadecene, Nanorod, Crystallite, Physical and Theoretical Chemistry, 0210 nano-technology, Cobalt, Cobalt oxide
Abstract

International audience; The reactivity of highly crystalline hcp cobalt nanorods (NRs) with organic solvents at high temperature was studied. Cobalt NRs with a mean diameter of 15 nm were first synthesized by the polyol process and then heated at 300 °C in octadecene (ODE), oleylamine (OA) or mixtures of these two solvents. The surface and structural modifications of the Co NRs were characterized by Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD) and scanning and transmission electron microscopy (SEM and TEM). A disordered carbon shell was formed at the cobalt rod surface, the thickness of which can be tuned from 5 to 25 nm by increasing the amount of oleylamine in the solvent mixture. This carbon shell partially reduced the native cobalt oxide observed at the surface of the NRs and drastically improved their temperature stability as inferred from in-situ XRD study and TEM. The shape anisotropy and the crystallite anisotropy of the hcp phase are both preserved up to 400 °C for the carbon coated cobalt rods whereas the uncoated NRs lose their anisotropy at 225 °C. Treatments at 300 °C in ODE/OA mixtures for different durations allowed the progressive carburization of Co to Co2C. The crystallographic orientation of the Co2C grains within the cobalt NRs combined with the different carbon shell thickness on the {10-10} and (0001) facets of the rods suggested a preferential carburization from the lateral facets of the hcp cobalt rods.

Published
2013
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6. Dipolar interactions in magnetic nanowire aggregates

Author

T. Maurer, Weiqing Fang, Guillaume Viau, Grégory Chaboussant, Fatih Zighem, Jean-Yves Piquemal, Frédéric Ott, Y. Soumare, Kahina Ait Atmane, Laboratoire de Nanotechnologie et d'Instrumentation Optique (LNIO), Institut Charles Delaunay (ICD), Université de Technologie de Troyes (UTT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Technologie de Troyes (UTT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Léon Brillouin (LLB - UMR 12), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay, Interfaces, Traitements, Organisation et Dynamique des Systèmes (ITODYS (UMR_7086)), Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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 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-Institut de Chimie du CNRS (INC)-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)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7), 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), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-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 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), and Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Materials science, Fabrication, Magnetic ordering, Magnetic composite, Nanowire, General Physics and Astronomy, FOS: Physical sciences, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Magnetization, Condensed Matter::Materials Science, Electromagnetism, 0103 physical sciences, Single domain, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Magnetic materials, Magnetic anisotropy, 010302 applied physics, Condensed Matter - Materials Science, Condensed matter physics, Nanowires, Materials Science (cond-mat.mtrl-sci), Oxides, Magnetic nanowires, Transition metals, Coercivity, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter::Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect, Magnetic hysteresis, Dipole, [SPI.ELEC]Engineering Sciences [physics]/Electromagnetism, Semiconductors, Ferromagnetism, 0210 nano-technology
Abstract

We investigate the role of dipolar interactions on the magnetic properties of nanowires aggregates. Micromagnetic simulations show that dipolar interactions between wires are not detrimental to the high coercivity properties of magnetic nanowires composites even in very dense aggregates. This is confirmed by experimental magnetization measurements and Henkel plots which show that the dipolar interactions are small. Indeed, we show that misalignment of the nanowires in aggregates leads to a coercivity reduction of only 30%. Direct dipolar interactions between nanowires, even as close as 2 nm, have small effects (maximum coercivity reduction of ~15%) and are very sensitive to the detailed geometrical arrangement of wires. These results strenghten the potential of magnetic composite materials based on elongated single domain particles for the fabrication of permanent magnetic materials., Comment: 7 pages, 8 figures, submitted to Journal of Applied Physics

Published
2011
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7. Low dipolar interactions in dense aggregates of aligned magnetic nanowires

Author

Jean-Yves Piquemal, Weiqing Fang, Frédéric Ott, François Boué, Ioannis Panagiotopoulos, Kahina Ait-Atmane, Florent Dalmas, and Guillaume Viau

Subjects
010302 applied physics, Materials science, Condensed matter physics, Magnetic domain, Demagnetizing field, Nanowire, General Physics and Astronomy, Nanotechnology, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Dipole, Nanolithography, Magnet, 0103 physical sciences, Single domain, 0210 nano-technology, Micromagnetics
Abstract

Magnetic interactions in aggregates of polyol-synthesized cobalt nanowires are studied by δM plots. Negative δM values are obtained as expected for magnetostatic coupling between physically isolated nanowires, without exchange interactions. Very weak interactions (down to δM = −0.05) are achieved by alignment and dispersion into polymeric matrices. We attribute this to the fact that during the fabrication of the composite materials, the nanowires reorganize so as to minimize the dipolar interactions. Since the δM-plots are sensitive to the nature of the demagnetized state, it is shown by micromagnetic simulations that the ac demagnetized state provides the best choice of a starting point since it ensures that macroscopic configurations consisting of single domain states of each wire are compared. The low interactions observed in these materials suggest that these composite materials are candidates for rare-earth free permanent magnets since demagnetization phenomena are minimized.

Published
2013
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8. Packing fraction dependence of the coercivity and the energy product in nanowire based permanent magnets

Author

François Boué, Guillaume Viau, Jean-Yves Piquemal, Weiqing Fang, Frédéric Ott, Ioannis Panagiotopoulos, and Kahina Ait-Atmane

Subjects
010302 applied physics, Materials science, Condensed matter physics, Nanowire, General Physics and Astronomy, 02 engineering and technology, Coercivity, 021001 nanoscience & nanotechnology, Atomic packing factor, Magnetocrystalline anisotropy, 01 natural sciences, 7. Clean energy, Crystallography, Magnetic anisotropy, Magnet, 0103 physical sciences, Single domain, 0210 nano-technology, Anisotropy
Abstract

The maximum magnetic performance which can be expected from elongated single domain particle based permanent magnets is assessed. The results are derived using micromagnetic calculations to model the behavior of large bundles of aligned nanowires. In particular, we discuss the cases of Co and Fe nanowires and their packing fraction dependence of coercivity, which is the main limiting factor. We show that it is, in principle, feasible to achieve BHmax values close to 300 kJ/m3 in Co nanowires with a packing fraction p = 0.7 and close to 400 kJ/m3 at p = 0.85. The packing fraction limitations are essentially non-existing due to the intrinsic magnetocrystalline anisotropy of Co. On the other hand, if a low anisotropy material such as Fe could be produced in the form of fine, well crystallized wires it could yield a BHmax close to 200 kJ/m3 at an optimum p = 0.7. As the performance of iron nanowires is solely based on shape anisotropy it becomes coercivity limited above p = 0.35.

Published
2013
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