La combinaison de la microscopie électronique, de la tomographie électronique et de la simulation numérique permit en premier lieu de localiser individuellement les atomes dans une nanoparticule de fer-platine. De cette manière on a pu établir des relations entre la microstructure de l’alliage et ses propriétés magnétiques.
Les propriétés catalytiques et magnétiques des alliages fer-platine sont d’un grand intérêt théorique et pratique. La recherche nanostructurelle dans ce domaine promet des applications hautement utiles que freine pourtant le très haut prix du platine. Parmi les alliages fer-platine on trouve des matériaux magnétiques très durs, c’est-à-dire qu’ils sont difficiles à démagnétiser. Cette propriété est surtout connue par le biais des aimants en samarium-cobalt et néodyme-fer-bore, qui sont utilisés dans les moteurs de montres à quartz et les moteurs de traction, respectivement. On trouve l’effet inverse dans un alliage fer-platine qui compte parmi les matériaux magnétiques les plus doux, qui se démagnétisent donc très facilement.
A l’université de Californie, Los Angeles, Yang et des collaborateurs plusieurs autres universités américaines et taiwanèses ont réussi le tour de force de localiser individuellement tous les atomes dans une nanoparticule de fer-platine (Fe0,28Pt0,72) mesurant 8,4 nanomètres. Cette particule consistait en 6569 atomes de fer et 16’627 atomes de platine. Les coordonnées de ces atomes purent être déterminées avec une résolution tridimensionnelle de 22 picomètres (1 picométre correspond à un milliardième de millimètre ou le centième du diamètre d’un atome moyen).
Tomographie électronique des atomes
La combinaison de trois nanotechniques à haute résolution permit d’établir une corrélation directe de la nanostructure et des défauts cristallins dans le fer-platine avec ses propriétés magnétiques et en particulier son anisotropie magnétique à l’échelle atomique. Les chercheurs utilisèrent à cet effet la technique relativement nouvelle de la tomographie au microscope électronique. Après la prise d’une projection bidimensionnelle de la particule étudiée, celle-ci fut penchée en 68 itérations de +64 degrés jusqu’à -65,6 degrés.
Sur la base de ces données les chercheurs calculèrent une reconstruction tridimensionnelle de la particule, les atomes individuels de fer et de platine devenant ainsi clairement visibles. Le procédé mathématique utilisé était inspiré de l’imagerie à résonance magnétique. De cette manière, l’ordre des atomes et les défauts cristallins purent être déterminés à l’échelle atomique, ce qui devrait ouvrir la voie à d’intéressantes applications dans la science des matériaux et la nanotechnologie.
Référence: Y. Yang et al., Nature 542, 75 (2017)
