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Labex MATISSE
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Manipulation des propriétés magnétiques de matériaux à effet magnétocalorique géant par impact d’ions lourds

Thèse de Sophie CERVERA

Vendredi 29 septembre 2017 à 14h30
Salle 317 - couloir 22-23
Campus de Jussieu
75005 Paris

Tutelle

Résumé

Ce travail de thèse est dédié à l'étude des effets induits, sur des matériaux à effet magnétocalorique géant, par impact d'ions lourds.

Ces matériaux présentent une transition de phase de premier ordre liée à une forte variation d'entropie ΔS) potentiellement exploitable pour le développement de système de réfrigération magnétique efficace. En contrepartie, la présence d'une hystérésis thermique et la faible gamme de température où ΔS est grand (caractéristiques intrinsèques à une transition de phase de premier ordre), limitent l'utilisation de ces matériaux.

Dans ce travail, nous avons exploité les effets spécifiques des ions lourds interagissant avec des solides pour modifier ces caractéristiques : à basse vitesse, ces ions pénètrent peu dans le matériau, engendrent du désordre et créent des défauts ponctuels.

Dans les couches minces d'arséniure de manganèse, possédant une transition de phase magnéto-structurale, nous avons montré que ces nouveaux défauts agissent comme des centres de nucléation en facilitant le passage d'une phase à l'autre durant la transition. L'hystérésis thermique a ainsi pu être supprimée pour la première fois, et de façon stable dans le temps. En faisant varier la masse et l'énergie cinétique des ions, nous avons pu dégager le rôle fondamental de la densité de collisions élastiques induites par ces irradiations et écarter la contribution des ions implantés.

Des couches minces de FeRh, un autre matériau à effet magnétocalorique géant présentant une transition de phase de type métamagnétique, ont également été étudiées. Dans ce cas, l'hystérésis n’est pas supprimée mais plutôt élargie par l'irradiation, ce qui souligne l'importance de la présence d’un changement de phase structurale dans le processus de suppression d'hystérésis. Par contre, dans ces couches minces, nos investigations révèlent un déplacement de la température de transition de phase que l'on peut faire varier de façon contrôlée en fonction du nombre d'ions par cm² impactant l'échantillon. Cet effet constitue une nouvelle méthode pour moduler spatialement, sur un même échantillon, la température à laquelle l'effet magnétocalorique est maximal. Cela permet de s'affranchir de l'étroite gamme de température utile de ce type de matériaux, autre paramètre critique pour des applications en réfrigération magnétique.

Mots clés : Effet magnétocalorique, interaction ion-matière, hystérésis thermique, couches minces

18/10/17

Traductions :

    MATISSE en chiffres

    • 4 disciplines : Chimie, Physique, Sciences de la Terre, Patrimoine
    • 400 permanents

    Contact

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