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Magnétisme de nanoparticules d’oxyde de fer

CNRS | 1 mars 2016 |

(c) Laurent Lisnard CNRS
En greffant des complexes de cobalt à la surface de nanoparticules d’oxyde de fer, des chercheurs sont parvenus à augmenter la température efficace de celles-ci.

L’oxyde de fer Fe2O3 est un aimant bien connu qui intéresse tout particulièrement les chimistes car il est simple à synthétiser, stable et peu coûteux. Sous forme de petites particules, il présente un intérêt considérable pour le stockage de l’information, en imagerie médicale, en hyperthermie magnétique ou comme vecteur de principes actifs, car il est facile de le guider ou de le concentrer dans l’espace en appliquant un champ magnétique.

Pour pouvoir pénétrer plus profondément dans les tissus vivants et passer les barrières biologiques les plus fines, les chercheurs ont synthétisé cet oxyde sous forme de nanoparticules pouvant descendre jusqu’à 5 nm.

Malheureusement, cette réduction de taille conduit à une diminution sévère de la propriété d’aimant, rendant les nanoparticules inexploitables.

 

Cette propriété est principalement gouvernée par ce que l’on appelle l’anisotropie magnétique qui régit l’orientation de l’aimantation dans l’espace et donc la manière dont vont se comporter les particules sous champ magnétique. La diminution de cette anisotropie facilite la relaxation thermique de l’aimantation et empêche donc le maintien des propriétés d’aimant lorsque la température augmente. Le contrôle de ce paramètre c’est-à-dire une meilleure stabilité thermique est donc le défi que doivent relever les chimistes pour pouvoir redonner à ces petites nanoparticules d’oxyde de fer un caractère d’aimant plus marqué.

 

Greffer des complexes de cobalt

On peut envisager le dopage des nanoparticules d’oxyde de fer avec des ions cobalt dont la structure électronique est connue pour favoriser l’anisotropie magnétique. Mais ce dopage ne peut être réalisé qu’à haute température et demande donc un apport d’énergie conséquent. Profitant de la prédominance des effets de surface sur l’anisotropie et du rapport surface/volume intrinsèquement très important pour les objets de taille nanométrique, les chercheurs sont parvenus à greffer à la surface des nanoparticules d’oxyde de fer des complexes de cobalt dans des conditions douces de pression et de température. Ils sont parvenus à montrer que les ions cobalt, en interagissant avec les atomes de fer de surface à travers des liaisons covalentes, leur transmettaient leur anisotropie magnétique. Mieux encore, ils ont constaté que cette anisotropie se propageait pour impacter tous les atomes de fer des nanoparticules. Ces dernières conservent alors leur comportement d’aimant jusqu’à une température trois fois plus grande.

 

Ce travail ouvre des perspectives considérables dans le domaine de la conception de nano-aimants fonctionnels. La nature et la quantité de complexes greffés doit en effet permettre un contrôle fin des propriétés magnétiques et donc de les moduler en fonction des applications envisagées en imagerie médicale comme en nano-médecine ou dans le stockage de l’information.

 



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