Les nanosystèmes modèles progressent dans le développement de matériaux magnétiques durs

par Isabelle Gomes De Moraes (Isabelle de Moraes)

Projet de thèse en Physique appliquee

Sous la direction de Nora Dempsey et de Thibaut Devillers.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de Physique , en partenariat avec Institut Néel (laboratoire) et de Matière Condensée, Matériaux et Fonctions (equipe de recherche) depuis le 27-11-2017 .


  • Résumé

    Les aimants permanents sont des éléments clés dans de larges domaines d'application ainsi que pour le développement des énergies vertes, notamment pour les voitures électriques et hybrides ou même les turbines d'éoliennes. La recherche dans le domaine du magnetisme se focalise principalement sur des aimants RFeB haute performance, avec comme objectif de préserver les champs coercitifs aux alentours de 1T à une température de travail de 180°C. Un autre aspect de la recherche magnétique concerne les nouveaux materiaux PM qui montrent des propriétés intermédaires entre celles des ferrites et celles des aimants RFeB avec des élements réduits ou non critiques. La coercivité est intimement reliée à l'existence d'une quelconque anisotropie magnétique. Dans les ferrites et les aimants RE, l'anisotropie est à l'origine de la magnetocristallinité. La découverte des propriétés dures dans les nanocomposites durs/doux a révelé que cette anisotropie d'origine non magnéto-cristalline peut être la source d'une coercivité importante. Le premier objectif de cette thèse est d'obtenir des nanocomposites durs/doux qui montrent une coercivité d'environ 30% supérieure aux materiaux nanocomposites d'aujourd'hui, en développant des nanostructures extrêment bien controllées. Le deuxième objectif est d'exploiter de nouveaux concepts de coercivité dans les nanomateriaux, en utilisant l'anisotropie magnétique d'origine non magnéto-cristalline. Trois concepts de ce genre sont proposés spécifiquement. La stratégie globale est de préparer des systèmes modèles par un dépôt de couches minces, combiné avec la nanolithographie, pour étudier leur strucure et leurs propriétés magnétiques mais également pour comparer la valeur des paramètres principaux de ceux prédits par une modelisation numérique. Le projet sera en grande partie développé au sein de l'institut Néel - CNRS. La partie de la modelisation impliquera une collaboration avec Spintec. Les aspects spécifiques, en particulier ceux en rapport avec la caractérisation magneto-optique, seront développés à l'Instituto de Fisica, UFRJ - Rio de Janeiro.

  • Titre traduit

    Model nanosystems to progress in the development of hard magnetic material


  • Résumé

    Permanent magnets (PM) are key elements in a wide range of consumer applications and for the development of green energy, e.g. in electrical and hybrid cars or wind turbines. Magnet research focuses principally on high-performance RFeB magnets, with the objective of preserving coercive fields of around 1T at the operating temperature of 180 °C. Another aspect of magnet research concerns new PM materials exhibiting magnetic properties intermediate between those of ferrites and RFeB magnets with reduced or no critical elements. Coercivity is intimately linked to the existence of some magnetic anisotropy. In ferrite and RE magnets, the anisotropy is of magnetocrystalline origin. The discovery of hard properties in hard/soft nanocomposites revealed that anisotropy of non-magnetocrystalline origin (exchange in this case) may be the source of significant coercivity. The first objective of this thesis is to obtain hard/soft nanocomposites exhibiting coercivity about 30 % higher than in today's nanocomposites materials, by developing extremely well controlled nanostructures. The second objective is to exploit novel coercivity concepts in nanomaterials, involving magnetic anisotropy of non-magnetocrystalline origin. Three such concepts are proposed specifically. The general strategy is to prepare model systems by thin film deposition, combined with nanolithography, to study their structural and magnetic properties and to compare the value of the main coercive parameters to those predicted by numerical modelling. The project will be mainly developed at Institut Néel, CNRS. The part related to modelling will involve collaboration with Spintec. Specific aspects, in particular related to magneto-optical characterization, will be developed at the Instituto de Fisica, UFRJ – Rio de Janeiro.