Démarrée en 1995 par l’étude du comportement structural de particules métalliques et bimétalliques de 1 à 3 nm de diamètre élaborées par voie de chimie douce (collaboration Laboratoire de Chimie de Coordination, Toulouse), cette activité s’intéresse aujourd’hui à une large palette de matériaux, élaborés par différentes voies qui vont de la décomposition d’organométalliques à la croissance épitaxiale en passant par les fours des potiers de l’antiquité.

Les nanoalliages, qui combinent les effets de taille avec ceux des alliages, ouvrent un champ particulièrement intéressant tant du point de vue fondamental que pour des développements en magnétisme ou catalyse. Ils sont au cœur de nombreuses études en cours et de plusieurs projets.

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Fonctions de distribution radiale des distances (FDR) dans les nanoparticules CoRh de 3 compositions différentes : étude WAXS (traits pleins), simulation (pointillés). Le facteur d’échelle, identique pour l’expérience et la simulation, est donné entre parenthèses pour chaque composition. A droite : coupe transverse des clusters de 420 atomes obtenus par le calcul. Une ségrégation du cobalt (en rouge) en surface est clairement observée. Europhysics Letters 73, 885 (2006)

Lorsque le diamètre des particules atteint 5-6 nm, il est posssible de réaliser une cartographie chimique TEM filtrée en énergie (EFTEM). Ici, le filtrage effectué autour des seuils L2-3 du cobalt et M4-5 du Rh met en évidence une distribution de type Cœur Rh (bleu)/coquille Co (rouge). La présence de ligands de surface est susceptible de favoriser cette ségrégation qui va cependant dans le même sens que les résultats des simulations.
Phys. Rev. B, 69, 235416(2004)

Modes de vibrations de particules libres (semiconducteurs, métaux)
Nous calculons les spectres Raman de nanoparticules libres (ici de germanium) en tenant compte explicitement des fonctions d'ondes électroniques et de leur interactions avec les phonons via un mécanisme de potentiel déformation. Le calcul des modes de vibrations est effectué de deux manières différentes: simulation atomistique (potentiel de Stillinger-Weber) et élasticité linéaire (modèle de Lamb).
Nous reportons sur la figure la fréquence des deux premiers modes Raman actifs (sphérique et quadrupolaire) en fonction de l'inverse du rayon des nanoparticules. Phys. Rev. B, 76, 205425 (2007)
Une approche du même type est actuellement mise en œuvre pour des nanoparticules métalliques (Au, Ag) : Phys. Rev. B 80, 035411 (2009) et B 85, 075405 (2012)

Sujets en cours

- Modélisation d’alliages magnétiques 3d-4d de la molécule au cristal
- Modélisation des propriétés vibrationnelles de nanoparticules libres ou contraintes
- Relation ordre chimique-propriétés dans les nanoalliages magnétiques CoRh, FeRh
- Propriétés optiques de nanoparticules dans les matériaux du patrimoine
- Structure et propriétés catalytiques de nanoparticules métalliques en milieu confiné

Références

• Structural and electronic properties of the Au(001)/Fe(001) interface from density functional theory calculations, M. Benoit, C. Langlois, N. Combe, H. Tang, and M.-J. Casanove, Phys. Rev. B 86, 075460 (2012)
• Number of observable features in the acoustic Raman spectra of nanocrystals, L. Saviot, N. Combe, and A. Mlayah, Phys. Rev. B 85, 075405 (2012)
• Structure and chemical order in FeRh nanolayers epitaxially grown on MgO(001), Ayoub, JP, Gatel, C, Roucau, C, Casanove, MJ, Journal of Crystal Growth 314, 336-340 (2011)
• Study of the role of the ligands coordinated at the surface of pure Wustite nanoparticles prepared following a room temperature organometallic method: Evidence of ferromagnetic-in shell- and antiferromagnetic-in core magnetic behaviors Glaria, A, Kahn, ML, Chaudret, B, Lecante, P, Casanove, MJ, Barbara, B, Materials Chemistry and Physics 129, 605-610 (2011)
• Acoustic modes in metallic nanoparticles: Atomistic versus elasticity modeling, N. Combe and L. Saviot, Phys. Rev. B 80, 035411 (2009)
• Towards atomic-scale design: A theoretical investigation of magnetic nanoparticles and ultrathin films, S. Dennler, M.C. Fromen, M.J. Casanove, G.M. Pastor, J. Morillo and J. Hafner Microelectronics Journal 39, 184-189 (2008)
• Magnetic properties of Co_NRh_M nanoparticles: experiment and theory, M. Munoz-Navia, J. Dorantes-Davila, D. Zitoun et al. Faraday Discussions 138, 181-192 (2008)
• Palladium nanoparticles immobilized in ionic liquid: An outstanding catalyst for the Suzuki C-C coupling, J. Durand, E. Teuma, F. Malbosc, et al. Catalysis Communication 9, 273 (2008)
• Vibrations of quantum dots and light scattering properties: Atomistic versus continuous models, Nicolas Combe and Jean Roch Huntzinger and Adnen Mlayah, Phys. Rev. B, 76, 205425 (2007)
• One-pot synthesis of core - Shell FeRh nanoparticles, D. Ciuculescu, C. Amiens, M. Respaud, et al. Chem. Mat. 19 , 4624 (2007) NiFe nanoparticles: A soft magnetic material? O. Margeat, D. Ciuculescu, P. Lecante, et al. Small 3, 451 ( 2007)
• Palladium catalyzed Suzuki C-C couplings in an ionic liquid: nanoparticles responsible for the catalytic activity, F. Fernandez, B. Cordero, J. Durand, et al. Dalton Transactions 47, 5572 (2007)
• Electron-acoustic phonon interaction and resonant Raman scattering in Ge quantum dots : Matrix and quantum confinement effects, J. R. Huntzinger, A. Mlayah, V. Paillard, A. Wellner, N. Combe et C. Bonafos, Phys. Rev. B 74, 1 (2006)
• Structure and chemical order in Co-Rh nanoparticles, M. C. Fromen, J. Morillo , M. J. Casanove and P. Lecante, Europhysics Letters 73, 885-891 (2006)
• Microstructural and microchemical characterization of Roman period Terra Sigillate slips from archeological sites in southern France, P. Sciau, S. Relaix, C. Roucau, et al. J. Amer. Ceram. Soc. 89, 1053( 2006)
• Epitaxial growth of Au and Pt on Fe₃O₄(111) surface, C. Gatel, E. Snoeck, Surface Science 601, 1031 (2007)
• Multimillimetre-large superlattices of air-stable iron-cobalt nanoparticles, C. Desvaux, C. Amiens, P. Fejes, et al. Nature Materials 4 , 750-753 ( 2005)
• Magnetic doping of 4d transition-metal surfaces: A first-principles study, S. Dennler, J. Hafner, M. Marsman, J. Morillo, Phys. Rev. B 71, 094433 (2005)
• Structural study of bimetallic Co_xRh_1-x nanoparticles: size and composition effects, M. C. Fromen, P. Lecante, M. J. Casanove et al. Phys. Rev. B 69 235416.1-9 (2004)
• Nanoscale bimetallic Co_xRh_1-x and Co_xRu_1-x particles D. Zitoun, C. Amiens, B. Chaudret, M. C. Fromen, P. Lecante, M. J. Casanove, M. Respaud, J. Phys. Chem. B 107, 6997-7005 (2003)
• Calculation of magnetic and structural properties of small Co-Rh clusters, S. Dennler, J. Morillo, GM Pastor, Surface science 532, 334-340 (2003)
• Density functional calculations on small bimetallic magnetic clusters S. Dennler, JL Ricardo-Chavez, J. Morillo, GM Pastor, European Phys. J. D 24 , 237-240 ( 2003)
• Chemisorption on nickel nanoparticles of various shapes : Influence on magnetism, N. Cordente, C. Amiens, B. Chaudret, M. Respaud, F. Senocq, M.-J. Casanove, J. Appl. Phys. 94, n°10, 6358-6365 (2003)
• Synthesis and magnetic properties of nanoscale bimetallic Co₁Rh₁ particles, D. Zitoun, C. Amiens, B. Chaudret, M. Respaud, M. C. Fromen, P. Lecante, M. J. Casanove, New Journal of Physics 4, 1-11 (2002)
• Magnetic enhancement in nanoscale CoRh particles, D. Zitoun, M. Respaud, M. C. Fromen, M. J. Casanove, P. Lecante, C. Amiens, B. Chaudret, Phys. Rev. Letters 89, 037203 1-4 (2002)