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Structure and order in CoPt-type nanoalloys : from thin films to supported clusters

Structure and order in CoPt-type nanoalloys : from thin films to supported clusters

Pascal Andreazza, Véronique Pierron-Bohnes, Florent Tournus, Caroline Andreazza-Vignolle, Véronique Dupuis, Surface Science Reports, 70, 2, 188-258 (2015)

DOI : 10.1016/j.surfrep.2015.02.002

Abstract

Among nanoalloys, Co–Pt type (CoPt or FePt) supported nanostructures are very interesting systems due to the direct link between atom arrangement and magnetic behavior. In addition, these alloys become model systems in the field of nanoalloys, due to the diversity of atom arrangements either present in the bulk state or specific to the nanoscale (chemically ordered L10, L12, or disordered fcc structures, core–shell, five-fold structures – icosahedral or decahedral, etc.). The synergy between experimental and modeling efforts has allowed the emergence of an overview of the structural, morphological and chemical behaviors of CoPt-based supported nanoparticles in terms of phase diagrams (temperature, composition, size effect), kinetic behavior (growth, annealing, ordering), and also in terms of environment effects (substrate, capping, matrix, gas) and of magnetic properties. All aspects of this complexity are reviewed : synthesis strategies (physical deposition, cluster beam deposition and wet chemical methods), magnetic behavior (atomic magnetic moment, magnetic anisotropy energy), structural transitions (non-crystalline/crystalline structures, order/disorder, surface/interface segregation), etc. In this field, the investigation techniques, such as electron microscopy and X-ray scattering or absorption techniques, are generally used at their ultimate limit due the small size of the studied objects. Finally, several aspects of the annealing process, which is a key phenomenon to achieve the chemical order, have been discussed in both thermodynamic and kinetic points of view (size effect, critical temperature, annealing time, twinning, coalescence, etc.).

Résumé

 : Les nanoalliages de type CoPt (CoPt ou FePt) suscitent un intérêt grandissant dans le domaine du magnétisme mais aussi de la catalyse, en combinant un effet de réduction de taille (entre 1 et 5nm) avec un effet d’alliage dépendant de la composition. Cependant, en plus de ces effets, les caractéristiques morphologiques et structurales très diverses (alliages ordonnés L1 ou L1, désordonnés, icosaèdres, décaèdres, système cœur-coquilles, Janus…) des nanoparticules sont profondément dépendantes de la méthode d’élaboration et des mécanismes cinétiques intervenant lors de leur formation. Après un état de l’art sur les propriétés de CoPt et FePt à l’état massif, cet article de revue tente de faire le point sur le diagramme de phase à l’échelle nanométrique (transition en température, taille, composition), le comportement cinétique (croissance, mise en ordre, recuit), l’effet d’environnement (substrat, matrice, atmosphère ou milieu liquide) et les propriétés magnétiques (moments atomique ou anisotropie magnétique) de ces nanoparticules supportées de type CoPt, tant du point de vue expérimental que théorique. Avant une large présentation des verrous et des perspectives, les méthodes d’élaboration et les méthodes ultimes de nanocaractérisation (GISAXS, GIWAXS, HRTEM, EFTEM, EXAFS, XMCD…) : morphologiques, chimiques, structurales ou magnétiques adaptés aux nanoalliages de ce type sont discutée.

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http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167572915000047