Propriétés structurelles et magnétiques d'alliages de nanoparticules fabriquées par procédés lasers pour des applications biomédicales

Cette thèse a comme objectif d'étudier l'aimantation des nanoparticules magnétiques dont les diamètres se situent autour de 10 nm. L'objectif général est de comprendre certains des phénomènes qui modifient l'aimantation tels que l'oxydation et d'élaborer des traitements pour augmenter son amplitude. Dans un premier temps, afin de pouvoir étudier les propriétés de plusieurs matériaux, un procédé de synthèse par laser femtoseconde a été développé et amélioré afin de pouvoir fabriquer des nanoparticules en milieu liquide en absence de surfactants tout en gardant un contrôle adéquat sur leur taille et leur dispersion. Puis, l'aimantation des alliages composés de fer, de cobalt et de nickel a été étudiée et comparée à la courbe de Slater-Pauling. Le troisième volet consiste en la fabrication de structures hétérogènes de cobalt et d'or afin de chercher à maximiser l'aimantation à saturation des nanoparticules. La synthèse de nanoparticules s'est principalement effectuée autour du cobalt car il est reconnu pour s'oxyder facilement et il exige que le procédé de fabrication soit bien contrôlé afin d'éviter une oxydation complète du coeur de la particule. Dans cette optique, nous avons développé un procédé d'ablation et de fragmentation en présence d'une solution dégazée par un flux d'azote ou d'argon afin de retirer l'oxygène dissout naturellement. Ce faisant, nous avons pu observer une réduction d'environ 5 fois du volume de l'oxyde tout en conservant les paramètres lasers identiques. Le milieu liquide peut aussi favoriser l'oxydation lorsque celui-ci se décompose sous l'influence de l'impulsion laser comme pour l'eau alors que le toluène fige les particules dans des structures de carbone. Cependant, l'influence principale du solvant provient de sa capacité à stabiliser les nanoparticules en solution. Bien que les particules ne changent pas de taille à la température ambiante, et ce même s'ils peuvent entrer en contact par collisions browniennes, ils seront en mesure de pouvoir s'unir et se remodeler à plus haute température. Or, les nanoparticules se retrouvent excitées en solution lorsque le faisceau laser les traverse et leur augmentation de température sera d'autant plus grande que la fluence de l'impulsion sera élevée, c'est-à-dire près du point focal. La probabilité de collision entre deux nanoparticules chaudes peut être déterminée à partir de la théorique péricinétique du modèle DLVO (modèle décrivant la force d'interaction entre des surfaces chargées au travers d'un milieu liquide). Cependant, en l'absence de surfactants et de sels ioniques, nous montrons que la répulsion électrostatique sera contrôlée via la polarité de la solution qui écrantera le potentiel de surface des nanoparticules