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Dissertations / Theses on the topic 'Matériaux multiferroïques'
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Vitucci, Francesco Maria. "Propriétés optiques et magnétiques de matériaux multiferroïques : gaFeO3 et LuFe2O4." Thesis, Tours, 2010. http://www.theses.fr/2010TOUR4017/document.
Full textAbstract:
Nous présentons une contribution à l’étude des propriétés structurales, électroniques et magnétiques de composés multiferroïques – c’est à dire de matériaux dans lesquels coexistent ordre magnétique et ordre ferroélectrique ; les deux aspects étant couplés via des interactions et mécanismes microscopiques qui ne sont pas encore compris. C’est dans ce contexte que nous avons étudié les deux composés GaFeO₃ et LuFe₂O₄. L’étude a nécessité l’utilisation de plusieurs techniques expérimentales : les mesures magnétiques locales par résonance paramagnétique électronique (RPE) et macroscopiques par magnétométrie , et la spectroscopie infrarouge (IR). Du point de vue du magnétisme de GaFeO₃, les mesures locales et macroscopiques révèlent un comportement inusuel sur un large intervalle de température au-dessus de la température d’ordre, que nous attribuons à l’existence de corrélations magnétiques de courte portée dans la phase paramagnétique. D’autre part,l’analyse des spectres de phonon IR en fonction de la température montre que la mise en ordre des moments magnétiques n’affecte pas les propriétés structurales de GaFeO₃. Le cas de LuFe₂O₄ est très différent puisque les degrés de liberté magnétiques semblent couplés aux propriétés structurales au travers de l’ordre de charge des ions Fe³+/Fe²+ comme le suggèrent les mesures RPE et de spectroscopie IR dans le domaine sub-terahertz<br>We present a contribution to the study of structural, electronic and magnetic propertiesof multiferroic compounds. These materials – characterized by the coexistence and coupling of different types of long-range orders, such as magnetic and ferroelectic – have recently become a subject of great importance because of their academic interest and their significance for potential applications. In this context we have studied the two compounds GaFeO₃ and LuFe₂O₄. The study involved the use of several techniques : electronic spin resonance (ESR), magnetic measurements by magnetometry and infrared spectroscopy (IR).Local and macroscopic magnetic measurements reveal an anomalous paramagnetic phase in GaFeO3. This is attributed to the existence of short-range magnetic correlations in a wide temperature range above the ordering temperature. On the other hand, the analysis of IR phonon spectra recorded at different temperatures (10 ≤ T ≤ 1000 K) shows that the ordering of magnetic moments does not affect the structural properties of GaFeO₃ For LuFe₂O₄, conversely, the magnetic degrees of freedom are coupled to the structural properties via the charge ordering of Fe³+/Fe²+ ions, as suggested by ESR and IR spectroscopy
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Toulouse, Constance. "Matériaux multiferroïques : structure, ordres et couplages. Une étude par spectroscopie Raman." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS179/document.
Full textAbstract:
Les matériaux multiferroïques sont des matériaux dans lesquels des ordres magnétiques, électriques et élastiques peuvent coexister dans une même phase. Ces ordres peuvent être couplés entre eux et l’étude de ces couplages permet de mieux comprendre les mécanismes à l’œuvre dans ces matériaux. Cette thèse porte sur l’étude de différents composés multiferroïques par spectroscopie Raman. Dans la ferrite de bismuth (BiFeO₃), l'effet de la contrainte sur le magnétisme, aussi bien sur les films minces (par contrainte épitaxiale) que le bulk (par pression hydrostatique) est étudié en détail. Cette thèse présente également une étude des excitations hybrides magnéto-électriques (électromagnons) dans les composés de type II à forte polarisation ferroélectrique comme CaMn₇O₁₂ et TbMnO₃. En outre, les modes de phonons ainsi que les excitations de basses énergies ont été étudiés (notamment sous champ magnétique) dans des composés au magnétisme frustré comme h-YMnO₃, h-YbMnO₃ et dans le langasite de fer au niobium<br>Multiferroics are materials in which magnetic, electric and elastic orders can coexist in the same phase. These orders can be coupled to each other and their study of high interest to understand the mecanisms at stake in the multiferroic materials. This PhD thesis has been focused on the study of several multiferroic compounds by the mean of Raman spectroscopy. In bismuth ferrite (BiFeO₃), the effect of strain on the magnetic order, both on thin films (epitaxial strain) and single crystals (hydrostatic pressure), has been thoroughly investigated. This thesis also focuses on the study of hybrid magneto-electric excitations (electromagnons) in type II multiferroic compounds with strong ferroelectric polarizations such as CaMn₇O₁₂ and TbMnO₃. Furthermore, phonons modes and of low energy excitations have been measured and studied (especially under magnetic field) in compounds with frustrated magnetic orders such as h-YMnO₃, h-YbMnO₃ and in the niobium iron langasite (Ba₃NbFe₃Si₂O₁₄)
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Dos, Santos Maria Elenice. "Mise en forme et propriétés magnétiques de manganites multiferroïques." Phd thesis, Université Rennes 1, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01059303.
Full textAbstract:
Ce travail traite de l'étude des propriétés structurales et magnétiques de Co2MnO4, une spinelle à symétrie cubique inversée et de groupe spatial Fd3m. Co2MnO4 est un composé multiferroïque dont les propriétés électriques et magnétiques sont dues à la présence des éléments Co et Mn, à valence mixte, distribués sur les sites tétraédriques et octaédriques de la structure AB2O4. La présence des états d'oxydation du Co et du Mn, Co2+/Co3+ et Mn2+/Mn3+/Mn4+, est en étroite relation avec les conditions de synthèse et traitements thermiques. La substitution partielle des cations par un élément non-magnétique, le Bi, dans la série BixCo2-xMnO4 (0.0 ≤ x ≤ 0.3) permet également de modifier les propriétés physiques de la spinelle. Les composés ont été synthétisés par une variante de la méthode de précurseurs polymériques, MPPM, et calcinés à 1100 °C pendant 24 h. La diffraction des rayons-X (DRX), associée à l'affinement structural par la méthode Rietveld, ont montré pour ces matériaux cristallisés, une même structure cristallographique dont les paramètres de maille augmentent avec la quantité de Bi. Les observations par microscopie électronique à balayage (MEB) ont permis d'observer une variation de la forme et de la taille des grains, cette dernière variant entre 1 et 10 µm. L'insertion du bismuth atteint une limite de solubilité due à la différence notable entre les rayons ioniques du Co (0,65Å) et du Bi (1,17Å), conduisant alors à la formation d'une phase secondaire riche en Bi. Afin d'éviter la formation des phases secondaires, deux stratégies de synthèse ont été mises en place : l'une, substituer le Bi par du Co dans le système CoxBi2‑xMnO4 (0.0 ≤ x ≤ 1.7) et l'autre, utiliser une méthode originale de synthèse, la mécanoactivation MS, pour la série CoxBi2‑xMnO4 (0.0 ≤ x ≤ 1.7). Le comportement ferrimagnétique du composé initial non-substitué est maintenu après substitution partielle du Co par le Bi, avec une irréversibilité marquée entre les courbes ZFC et FC et une transition ferromagnétique très bien définie à TC. Plusieurs paramètres magnétiques tels que TC, Tmax, MFC (extrapolation de la courbe FC à T=0), température de Curie-Weiss ΘCW et moment effectif eff, sont modifiés d'une façon significative en fonction du contenu en Bi et confirment le phénomène de saturation dû à la non-solubilité du bismuth dans la structure cristalline cubique. A partir des données structurales et magnétiques, une équation d'équilibre de charges du type (Co2+)[Co2+x(Bi3+,CoIII)1-xMn3+1-xMn4+x]O4 est proposée, où l'ion Co2+, responsable des interactions antiferromagnétiques, se situe en position tétraédrique " (..) " et tous les autres cations, responsables des interactions ferromagnétiques, en positions octaédriques " [..] ". Les cations CoIII, de configuration bas-spin (S = 0) et non-magnétique, sont substitués par le Bi, également non-magnétique, ce qui résulte en un moment effectif μeff de 8.2µB, presque invariant avec la substitution du Co par le Bi.
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Santos, Maria Elenice dos. "Mise en forme et propriétés magnétiques de manganites multiferroïques." Thesis, Rennes 1, 2014. http://www.theses.fr/2014REN1S017/document.
Full textAbstract:
Ce travail traite de l’étude des propriétés structurales et magnétiques de Co2MnO4, une spinelle à symétrie cubique inversée et de groupe spatial Fd3m. Co2MnO4 est un composé multiferroïque dont les propriétés électriques et magnétiques sont dues à la présence des éléments Co et Mn, à valence mixte, distribués sur les sites tétraédriques et octaédriques de la structure AB2O4. La présence des états d’oxydation du Co et du Mn, Co2+/Co3+ et Mn2+/Mn3+/Mn4+, est en étroite relation avec les conditions de synthèse et traitements thermiques. La substitution partielle des cations par un élément non-magnétique, le Bi, dans la série BixCo2-xMnO4 (0.0 ≤ x ≤ 0.3) permet également de modifier les propriétés physiques de la spinelle. Les composés ont été synthétisés par une variante de la méthode de précurseurs polymériques, MPPM, et calcinés à 1100 °C pendant 24 h. La diffraction des rayons-X (DRX), associée à l’affinement structural par la méthode Rietveld, ont montré pour ces matériaux cristallisés, une même structure cristallographique dont les paramètres de maille augmentent avec la quantité de Bi. Les observations par microscopie électronique à balayage (MEB) ont permis d’observer une variation de la forme et de la taille des grains, cette dernière variant entre 1 et 10 µm. L’insertion du bismuth atteint une limite de solubilité due à la différence notable entre les rayons ioniques du Co (0,65Å) et du Bi (1,17Å), conduisant alors à la formation d’une phase secondaire riche en Bi. Afin d’éviter la formation des phases secondaires, deux stratégies de synthèse ont été mises en place : l’une, substituer le Bi par du Co dans le système CoxBi2‑xMnO4 (0.0 ≤ x ≤ 1.7) et l’autre, utiliser une méthode originale de synthèse, la mécanoactivation MS, pour la série CoxBi2‑xMnO4 (0.0 ≤ x ≤ 1.7). Le comportement ferrimagnétique du composé initial non-substitué est maintenu après substitution partielle du Co par le Bi, avec une irréversibilité marquée entre les courbes ZFC et FC et une transition ferromagnétique très bien définie à TC. Plusieurs paramètres magnétiques tels que TC, Tmax, MFC (extrapolation de la courbe FC à T=0), température de Curie-Weiss ΘCW et moment effectif eff, sont modifiés d’une façon significative en fonction du contenu en Bi et confirment le phénomène de saturation dû à la non-solubilité du bismuth dans la structure cristalline cubique. A partir des données structurales et magnétiques, une équation d’équilibre de charges du type (Co2+)[Co2+x(Bi3+,CoIII)1-xMn3+1-xMn4+x]O4 est proposée, où l’ion Co2+, responsable des interactions antiferromagnétiques, se situe en position tétraédrique « (..) » et tous les autres cations, responsables des interactions ferromagnétiques, en positions octaédriques « [..] ». Les cations CoIII, de configuration bas-spin (S = 0) et non-magnétique, sont substitués par le Bi, également non-magnétique, ce qui résulte en un moment effectif μeff de 8.2µB, presque invariant avec la substitution du Co par le Bi<br>Structural and magnetic properties of Co2MnO4, an inverse spinel structure with spatial group Fd3m and cubic symmetry, were investigated by X-Ray Diffraction (DRX) and using a SQUID magnetometer. Co2MnO4 is a multiferroic compound presenting electrical and magnetic properties due to the presence of the Co and Mn elements, which are distributed on tetrahedral and octahedral sites of the AB2O4 structure. Valence fluctuations of Co and Mn (Co2+/Co3+ and Mn2+/Mn3+/Mn4+) can easily occur and depend on the synthesis procedures and thermal processes, which can change the oxidation states of the metallic cations. In this work, samples of BixCo2-xMnO4 (0.0 ≤ x ≤ 0.3) were synthesized, partially replacing Co by Bi, a non magnetic element. A soft chemical route, the modified polymeric precursors method (MPPM) was used. All samples were heat-treated in similar conditions, under a temperature of 1100 ºC (24h). DRX results, associated with Rietveld refinements, showed crystalline materials with similar crystallographic data. The cell parameter of the cubic structure increased with the Bi content. SEM images showed that Bi presence altered the grains sizes (~1 - 10 µm). A spurious phase, rich in Bi, was formed due to both the solubility limit of Bi and the ionic radii of Co (0,65Å) and Bi (1,17Å). In order to solve these questions, synthesis of a new solid solution, the CoxBi2-xMnO4 (0.0 ≤ x ≤ 1.7), by the MPPM route was attempted. In parallel, a novel elaboration method, the mechanochemical route (MS), was used to synthesize the BixCo2-xMnO4 (0.0 ≤ x ≤ 0.3) series. The magnetic results, MxT (Zero‑Field–Cooled / Field–Cooled) cycles, 1/χ-versus-T curves and MxH hysteresis loops, revealed important information about the magnetic nature and oxidation states of the Co and Mn cations. The ferrimagnetic behavior of Co2MnO4 was preserved, with the ZFC/FC curves exhibiting well-defined magnetic transitions and strong irreversibility below TC. Several magnetic parameters, such as TC, Tmax, MFC (extrapolation of the FC curve to T=0), the coercive field HC and MS (saturation magnetization to H= 50 kOe) changed significantly with the Bi content. According to the structural and magnetic results, a charge balance is proposed, (Co2+)[Co2+x(Bi3+,CoIII)1-xMn3+1-xMn4+x]O4, where Co2+ occupies the tetrahedral positions “( )” and is responsible of the antiferromagnetic interactions, all others cations occupying the octahedral sites “[ ]” and are responsible of ferromagnetism. The CoIII cations at the octahedral sites are on a low-spin non-magnetic configuration (S = 0) and they are partially substituted by Bi, also a non-magnetic ion, resulting on an effective moment μeff ~ 8,2 µB, with no change as a function of the Bi content<br>As propriedades estruturais e magnéticas do composto Co2MnO4, uma estrutura espinélio inversa de grupo espacial Fd3m e simetria cúbica, foram investigadas por difração de raios X e usando um magnetômetro SQUID. Co2MnO4 é um composto multiferróico, exibindo propriedades elétricas e magnéticas devido à presença dos elementos Co e Mn, distribuídos nos sítios tetraédricos e octaédricos da estrutura AB2O4. A flutuação das valências Co2+/Co3+ e Mn2+/Mn3+/Mn4+ podem ocorrer facilmente e estão sujeitas aos processos de síntese e efeitos térmicos, podendo ser associados a estes variações nos estados de oxidação de Co e Mn devido à substituições parciais destes elementos. Neste trabalho foram sintetizadas amostras BixCo2-xMnO4 (0,0 ≤ x ≤ 0,3), sendo o Bi um elemento não magnético. Para tal, uma rota de síntese química, o método MPPM, foi utilizada. Todas as amostras foram submetidas a tratamentos térmicos em condições idênticas, na temperatura de estabilização da fase BixCo2-xMnO4 igual a 1100ºC (24h). Os resultados de DRX e refinamentos de Rietveld mostraram que o método MPPM produziu amostras cristalinas com informações cristalográficas idênticas, exceto no caso do parâmetro de rede que aumentou em dependência ao percentual de Bi. As imagens morfológicas destes materiais mostraram que o Bi alterou a forma e o tamanho dos grãos variando entre (~0,5 – 1,7 µm). Devido ao limite de solubilidade do Bi dentro da rede espinélio e à diferença entre os raios iônicos do Co (0,65Å) e Bi (1,17Å), a formação de uma fase espúria rica em Bi ocorreu. No sentido de solucionar questões como esta, a síntese do sistema CoxBi2-xMnO4 (0,0 ≤ x ≤ 1,7) pela rota MPPM e de BixCo2-xMnO4 (0,0 ≤ x ≤ 0,3) por método de mecanosíntese foram realizadas. Os resultados magnéticos, curvas MxT (Zero Field – Cooled ZFC e Field – Cooled FC); 1/χ versus T e MxH, revelaram informações importantes sobre a disposição dos cátions presentes. O comportamento ferrimagnético de Co2MnO4 foi mantido, com as curvas ZFC e FC mostrando irreversibilidade e transições bem definidas abaixo de TC. No entanto, os valores de TC, Tmáx e MFC (extrapolação da curva FC para T = 0) obtidos por MxT, assim como ΘCW obtidos por 1/χ versus T, e HC e MS (magnetização de saturação para H= 50 kOe) obtidos por MxH sofreram mudanças significativas, as quais foram associadas ao Bi que alterou o ambiente magnético dos materiais. De acordo com os resultados estruturais e magnéticos, um balanço de cargas foi proposto para BixCo2-xMnO4: (Co2+)[Co2+x(Bi3+, CoIII)1-xMn3+1-xMn4+x]O4, sendo os cátions Co2+ nas posições ( ), responsáveis pelas interações AFM e todos os cátions posicionados em [ ] na relação acima, responsáveis pelo caráter FM destes materiais. Os valores de μef = ~ 8,2µB, para todas as amostras BixCo2-xMnO4 (0,0 ≤ x ≤ 0,3), não sofreram alterações. Os cátions CoIII, presentes nos sítios octaédricos, possuem uma configuração de baixo spin (S = 0), o que não implicou em qualquer mudança na soma total dos μef quando da substituição de Co por Bi, uma vez que ambos não são elementos co momentos magnéticos
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Farger, Pierre. "Synthèse inothermale de réseaux hybrides multiferroïques." Thesis, Strasbourg, 2016. http://www.theses.fr/2016STRAE029/document.
Full textAbstract:
Ce manuscrit présente la synthèse de nouveaux réseaux hybrides organiques/inorganiques à base de différents ligands imidazoliums. Trois ligands imidazoliums possédant chacun des caractéristiques spécifiques ont été synthétisés et utilisés avec l’objectif de parvenir à la formation de réseaux hybrides multiferroïques c’est-à-dire des réseaux qui possède à la fois un ordre magnétique et un ordre électrique. La modification du ligand a ainsi permis d’obtenir des composés répondant aux critères (de symétrie en particulier) à remplir pour la présence d’un ordre électrique. Pour construire le réseau inorganique magnétique nous avons travaillé sur la synthèse de composés à base de métaux de transition de la première série ou de lanthanides. L’ensemble des composés obtenus a été caractérisé par un ensemble de techniques (diffraction des rayons X, spectroscopie FTIR et UV-Vis, analyses thermiques et élémentaires). Les propriétés magnétiques, de luminescence et de ferroélectricité des composés ont aussi été étudiées<br>This thesis presents the syntheses of new hybrid coordination networks based on imidazolium ligands. Three kinds of ligands possessing their own features were synthesized and used with the main objective to obtain multiferroic hybrid networks meaning networks which display a magnetic order and a ferroelectric order. The modification of the ligand allowed to obtain compounds filling criteria (on the symmetry) for a ferroelectric order. The magnetic inorganic network was built due to the synthesis of compounds based on first row metals or lanthanides. All compounds were characterized by several techniques (X-rays diffraction, spectroscopic measurements, thermal and elemental analyses). Magnetic, luminescence and ferroelectric properties were also studied
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Blaess, Céline. "Films minces d'oxynitrures multiferroïques pour une opto-spintronique intégrée." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPASP047.
Full textAbstract:
Les oxydes dopés N et/ou les oxynitrures constituent une classe de composés en plein essor présentant un large panel de propriétés utilisables, en particulier pour les nouvelles technologies de production d'énergie décarbonnées et pour l'opto-électronique. En effet, l'insertion d'azote dans le réseau cristallin d'un oxyde semiconducteur permet en principe de moduler la valeur de sa bande interdite et ainsi d'obtenir de nouvelles fonctionnalités.La production de films minces monocristallins correspondants est un défi important. Dans ce travail de thèse, des oxydes monocristallins dopés N ont été élaborés en couches minces et caractérisés. Le titanate de baryum BaTiO₃ a été choisi pour sa ferroélectricité et son spectre d'absorption favorable, tandis que la ferrite de cobalt CoFe₂O₄ a apporté le ferrimagnétisme additionnel, permettant de développer une structure opto-multiferroïque artificielle. La croissance a été effectuée par épitaxie par jets moléculaires et ablation laser pulsé. Les couches ont été caractérisées structurellement par diffraction d'électrons RHEED pendant la croissance, puis par diffraction et réflectivité de rayons X ex situ, expériences réalisées au synchrotron. La chimie des films minces a été étudiée grâce aux spectroscopie d'électrons Auger et de photoélectrons XPS. Les propriétés ferroélectriques des couches ont pu être investiguées à l'échelle locale par microscopie à force piézoélectrique et macroscopiquement par des mesures de capacité après lithographie des échantillons. Des mesures d'absorption optique et de photocourant ont permis de caractériser la réponse optique et opto-électronique des couches. De plus,les propriétés magnétiques des ferrites ont été sondées par magnétométrie VSM ainsi que par spectroscopie d'absorption et dichroïsme magnétique circulaire des rayonsX sur synchrotron. Toutes les caractéristiques ferroélectriques ainsi que leurs couplages magnéto-électriques et opto-électroniques ont été étudiés en fonction du dopage en azote et corrélés à une compréhension détaillée des structures cristallines et électroniques des matériaux<br>N-doped oxides and/or oxinitrides constitute a booming class of compounds with a broad spectrum of useable properties and in particular for novel technologies of carbon-free energy production and opto-electronics. The insertion of nitrogen in the crystal lattice of an oxide semiconductor allows in principle to modulate the value of the optical band gap, enabling new functionalities. The production of corresponding single crystalline thin films is highly challenging. In this thesis work, single crystalline N-doped oxides heterostructures were grown in thin films and characterized. Barium titanate BaTiO₃ was chosen for its ferroelectricity and its favorable absorption spectrum, while cobalt ferrite CoFe₂O₄ provided the additional ferrimagnetism, making it possible to develop an artificial opto-multiferroic structure. Growth was achieved by molecular beam epitaxy and pulsed laser ablation. The layers were structurally characterized by RHEED electron diffraction during growth, then by ex situ X-ray diffraction and reflectivity using synchrotron facilities. The chemistry of thin films was studied using Auger electron and XPS photoelectron spectroscopies. The ferroelectric properties of the layers were studied on a local scale by piezoelectric force microscopy and macroscopically by capacitance measurements after lithography of the samples. Optical absorption and photocurrent measurements made it possible to characterize the optical and opto-electronic response of the layers. Additionally, the magnetic properties of the ferrites were probed by VSM magnetometry as well as absorption spectroscopy and X-ray circular magnetic dichroism performed at synchrotron. All ferroelectric characteristics as well as their magneto-electric and opto-electronic couplings were studied as a function of nitrogen doping and correlated to a detailed understanding of the crystalline and electronic structures of the materials
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Basov, Sergey. "Nouvelles approches pour le design de composites multiferroïques nanostructurés de type (1-3)." Thesis, Bordeaux, 2018. http://www.theses.fr/2018BORD0007/document.
Full textAbstract:
Les matériaux multiferroïques sont des matériaux multifonctionnels qui possèdent simultanément des propriétés magnétiques et ferroélectriques. Les perspectives d’applications sont ainsi très nombreuses dans les domaines de l’électronique (mémoires, dispositifs spintroniques et hyperfréquences). Le nombre restreint de matériaux multiferroïques monophasés a conduit au développement de nanostructures multiferroïques artificielles constituées d'oxydes ferroélectriques et ferrimagnétiques. Ce travail de thèse est axé sur l'effet magnétoélectrique (ME), obtenu pour de telles hétérostructures via la contrainte, qui permet de manipuler la polarisation spontanée ou l’aimantation par l’application d’un champ magnétique (effet ME direct) et d’un champ électrique (effet ME converse) respectivement. Les effets ME peuvent être observés à température ambiante grâce aux effets d’interfaces et de contraintes dans les nanocomposites multiferroïques. La combinaison de matériaux piézoélectriques PbZr0.52Ti0.48O3 (PZT), Ba0.7Sr0.3TiO3 (BSTO), BaTiO3 (BTO) et de matériaux magnétostrictifs CoFe2O4 (CFO) a été largement exploitée pour l’élaboration de nanocomposites multiferroïques. Les travaux issus de la littérature montrent l’existence d’un fort couplage magnétoélectrique à température ambiante dans des films minces épitaxiés (systèmes de connectivité 2-2), mais un verrou est l’effet de « bride » (clamping effect) induit par le substrat. La conception d'architectures innovantes est un défi dans le domaine des nanocomposites multiferroïques. Ce travail est axé sur les composites de type (1-3) au sein desquelles des nanostructures ferrimagnétiques CoFe2O4 unidimensionnelles (1) sont incorporées dans des couches tridimensionnelles PZT, BTO et BSTO (3). De nouvelles approches ont été envisagées pour concevoir trois types de matériaux: i) des réseaux de nanofils CFO unidirectionnels entourés de nanotubes PZT imprégnés dans des membranes d'alumine; ii) des nanopilliers CFO incorporés dans des couches minces de BTO, BSTO et PZT; ii) des réseaux de nanofils CFO interconnectés 3-D intégrés dans une matrice PZT. Nos principaux objectifs visent i) la maîtrise de l’étape d’oxydation des nanofils et des nanopilliers métalliques CoFe2 afin de contrôler la morphologie et la densité des nanostructures CFO, ii) le contrôle des caractéristiques diélectriques des nanocomposites, iii) l’augmentation du couplage magnétoélectrique en optimisant la densité d’interfaces entre les deux phases ferroïques.La première architecture développée est un dépôt par imprégnation sol-gel de nanotubes PZT dans des membranes d'alumine poreuses autosupportées, suivie d'une électrodéposition des nanofils CoFe2 dans les nanotubes PZT et de leur oxydation par traitement thermique. La deuxième architecture repose sur un dépôt par pulvérisation cathodique magnétron en radiofréquence de couches BSTO et BTO et sur un dépôt par sol-gel de couches PZT, sur des réseaux de nanopilliers CoFe2 et CoFe2O4 alignés verticalement sur des substrats Si. L'oxydation de CoFe2 est réalisée in situ lors du dépôt par pulvérisation cathodique de BSTO et BTO. Les réseaux de nanopilliers CoFe2 sont obtenus par électrodéposition dans des structures nanoporeuses en alumine anodisée qui sont ensuite dissoutes. La dernière architecture proposée est obtenue en combinant l'électrodéposition des nanofils CoFe2 dans des membranes polymères poreuses, et le procédé sol-gel. Les nanostructures PZT-CFO sont préparées par imprégnation sol-gel de couches épaisses PZT dans des réseaux de nanofils CoFe2 et leur oxydation simultanée au cours de la cristallisation des couches PZT.Une attention particulière a été accordée aux effets d’interfaces par le biais des études microstructurales et morphologiques des nanocomposites (XRD, HRSEM, TEM et EDX). Les caractérisations magnétiques, diélectriques, ferroélectriques et magnétoélectriques ont permis d’évaluer les performances des différents nanocomposites élaborés<br>Multiferroic materials including magnetoelectric materials that combine magnetic and ferroelectric orders have attracted great attention due to a possible strain-mediated coupling leading to potential applications in memories, sensors, detectors, spintronic and microwave devices. The number of single-phase multiferroic materials operating at room temperature being limited, we are exploring artificially designed multiferroic nanostructures consisting of ferroelectric and ferrimagnetic oxides. Current work is focused on strain-mediated magnetoelectric effect, which allows to generate a spontaneous polarization or magnetization by an applied magnetic field (direct ME effect) and electric field (converse ME effect) respectively. ME effects can be observed at room temperature through interface and strain interaction in two-phase multiferroic nanocomposites. The combination of piezoelectric materials PbZr0.52Ti0.48O3 (PZT), Ba0.7Sr0.3TiO3 (BSTO), BaTiO3 (BTO) and magnetostrictive CoFe2O4 (CFO) materials have been intensively studied in multiferroic nanocomposites. The community has been able to demonstrate large magnetoelectric coupling at room temperature in epitaxial thin films, so called 2-2 connectivity system, but a key limitation in epitaxially grown thin films is a substrate imposed clamping effect limiting thin film’s strain. Designing innovative architectures is a challenge in the field of multiferroic nanocomposites. Our work is focused on vertically aligned multiferroic nanostructures, so called (1-3) connectivity nanocomposites, where one-dimensional ferrimagnetic CoFe2O4 nanostructures (1) are embedded into three-dimensional PZT, BTO and BSTO layers (3). New routes were considered to design three kinds of materials: i) vertically aligned CFO nanowire arrays surrounded by PZT nanotubes embedded into alumina membranes; ii) vertically aligned CFO nanopillar arrays embedded in thin BTO, BSTO and PZT layers supported on Si substrates; ii) 3-D interconnected CFO nanowire networks embedded in a thick PZT matrix. The objectives of the present work are to control the oxidation of metallic CoFe2 nanowires and nanopillars to control the morphology and density of CFO nanostructures, to control the resistivity and dielectric losses of the nanocomposites at the interface region, and to increase the magnetoelectric coupling of the multiferroic nanocomposites by increasing the interfacial surface area between the two ferroic phases.The first geometry we are developing is a deposition by sol-gel dip impregnation of PZT nanotube arrays into self-supported porous alumina membranes, followed by an electrodeposition and thermal oxidation of CoFe2 nanowire arrays within PZT nanotubes. The second architecture we are focusing on is a deposition by RF magnetron sputtering of BSTO and BTO layers and by sol-gel dip coating of PZT layers onto vertically aligned CoFe2 and CoFe2O4 nanopillar arrays supported on Si substrates. The CoFe2 oxidation is conducted in-situ during the BSTO and BTO sputter deposition. Free-standing CoFe2 nanopillar arrays are obtained by electrodeposition into anodized alumina nanoporous structures and chemical dissolution of alumina templates. The last geometry is prepared using a combination of electrodeposition into self-supported porous polymer membranes and sol-gel processes. The PZT-CFO nanostructures are prepared using impregnation of thick PZT layers into self-supported CoFe2 3D nanowire networks on Si substrates by sol-gel method and their simultaneous oxidation during PZT layers crystallization. Specific attention was focused on interfaces through microstructural and morphological evaluations of nanocomposites using XRD, HRSEM, TEM and EDS characterizations. The performances of the nanocomposites were evaluated using magnetic, dielectric, ferroelectric and ME measurements, an alternating gradient magnetometer, impedance analyser, PFM and the ME susceptometer operated inside PPMS were utilized, respectively
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Schleck, Renaud. "Étude du rôle joué par le réseau cristallin dans le couplage magnéto-électrique des matériaux multiferroïques." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2010. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00558878.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, nous présentons une étude par spectroscopie infrarouge du couplage magnéto-électrique de matériaux multiferroïques. Nous avons commencé par mesurer la dépendance en température du spectre de phonons infrarouges du composé antiferromagnétique MnF2 et nous avons montré que les fréquences des phonons sont sensiblement modifiées par la transition magnétique. Nous avons ensuite mesuré le spectre de phonons de TbMnO3 et MnWO4, deux matériaux multiferroïques. Ces deux matériaux ont des comportements très différents lorsqu'on passe les transitions de phase. D'un côté le spectre de phonons de TbMnO3 subit une renormalisation similaire à celle observée dans MnF2 à la transition antiferromagnétique. On observe également un effet de la transition ferroélectrique sur un phonon polarisé dans la direction de la polarisation spontanée indiquant un lien entre les déplacements atomiques et la ferroélectricité. De son côté, le spectre de phonons de MnWO4, ne présente aucun changement aux transitions de phases magnétiques et ferroélectriques, ceci tend à appuyer l'hypothèse d'une ferroélectricité d'origine purement électronique dans ce matériau. Nous avons également étudié les excitations magnétiques de ces matériaux. Dans le cas de MnF2, des mesures de transmission infrarouge montrent une absorption due à l'activité dipolaire électrique d'un double magnon de bord de zone. Cette excitation est semblables aux électromagnons des matériaux multiferroïques car c'est une excitation magnétique sensible à un champ électrique oscillant. Dans TbMnO3, nous avons mesuré l'absorption due à l'électromagnon le plus intense situé autour de 60 cm−1 et nous avons montré que la totalité de son poids spectral vient de deux phonons polarisés dans la direction a. L'absence d'électromagnon dans le spectre d'absorption de MnWO4 semble indiquer que l'existence d'électromagnons dans les matériaux multiferroïques nécessite un fort couplage entre les phonons et l'ordre magnétique.
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Schleck, Renaud. "Etude du rôle joué par le réseau cristallin dans le couplage magnéto-électrique des matériaux multiferroïques." Paris 6, 2010. https://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00558878.
Full textAbstract:
Nous avons étudié par spectroscopie infrarouge du couplage magnéto-électrique de matériaux multiferroïques. Nous avons commencé par mesurer la dépendance en température du spectre de phonons infrarouges du composé antiferromagnétique MnF2 et nous avons montré que les fréquences des phonons sont sensiblement modifiées par la transition magnétique. Nous avons ensuite mesuré le spectre de phonons de TbMnO3 et MnWO4, deux matériaux multiferroïques. Ces matériaux ont des comportements très différents. D’un côté le spectre de phonons de TbMnO3 subit une renormalisation à la transition antiferromagnétique similaire à celle observée dans MnF2. On observe également un effet de la transition ferroélectrique sur un phonon polarisé dans la direction de la polarisation spontanée, indiquant un lien entre les déplacements atomiques et la ferroélectricité. Les phonons de MnWO4, ne présente aucun changement aux transitions de phases magnétiques et ferroélectriques, appuyant l’hypothèse d’une ferroélectricité d’origine purement électronique dans ce matériau. Nous avons également étudié les excitations magnétiques de ces matériaux. Dans le cas de MnF2, des mesures de transmission infrarouge montrent une absorption due à l’activité dipolaire électrique d’un double magnon de bord de zone. Dans TbMnO3, nous avons mesuré l’absorption due à l’électromagnon le plus intense et nous avons montré que la totalité de son poids spectral vient de deux phonons polarisés dans la direction a. L’absence d’électromagnon dans le spectre d’absorption de MnWO4 semble indiquer que l’existence d’électromagnons nécessite un fort couplage entre les phonons et l’ordre magnétique
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Castel, Elias. "Synthèse de nouveaux matériaux multiferroïques au sein de la famille des bronzes quadratiques de formule Ba2LnFeNb4O15." Thesis, Bordeaux 1, 2009. http://www.theses.fr/2009BOR13865/document.
Full textAbstract:
Les multiferroïques sont des matériaux dans lesquels plusieurs propriétés ferroïques peuvent coexister, e. g. ferromagnétisme et ferroélectricité. La recherche de tels matériaux fait l'objet d'une activité croissante en raison de l’enjeu majeur qu’ils représentent dans de nombreux domaines (mémoires, spintronique…). Les matériaux qui possèdent les propriétés nécessaires pour des applications futures sont cependant peu nombreux. Des niobates de formule Ba2LnFeNb4O15 (Ln = lanthanide), de structure bronze quadratique (TTB) susceptibles de présenter un ordre ferroélectrique et un ordre magnétique ont été synthétisés. Les propriétés magnétiques des céramiques proviennent d'une phase secondaire, faisant d’eux des composites multiferroïques. Leur souplesse cristallochimique permet de contrôler les propriétés composites par substitutions cationiques dans la matrice TTB. Afin de compléter l'étude cristallochimique, la croissance de monocristaux de TTB a été entreprise avec succès<br>Multiferroics are materials which possess several ferroic properties, e.g. ferroelectricity, ferromagnetism. The search for multiferroics arises a growing activity, due to their potential applications in memories, spintronic… Yet the materials displaying the adequate properties for future application are very few. Niobates with the formula Ba2LnFeNb4O15, potentially ferroelectric and ferromagnetic, have been synthesized. The magnetic properties of the ceramics are related to a secondary phase, thus making them composite multiferroics. Their crystal-chemical flexibility allows for the composites properties tuning by cationic substitutions into the TTB framework. To complete the crystal-chemical study, the growth of TTB single-crystals was successfully engaged
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Yahia, Ghassen. "Etude des interactions d'échange dans les oxydes multiferroïques RMn₂O₅." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS423/document.
Full textAbstract:
Les systèmes multiferroïques magnéto-électriques sont des matériaux multifonctionnels très importants du point de vue des applications dans le domaine de l’électronique ou de la spintronique puisqu’ils présentent simultanément des ordres électriques et magnétiques généralement couplés. Ils peuvent donc répondre à la fois à l’application d’un champ magnétique et d’un champ électrique. L’une des familles de multiferroïques magnéto-électriques les plus étudiées est la série RMn₂O₅ où R est une terre rare. Ma thèse porte sur le rôle de la terre rare sur le caractère multiferroïque et sur les propriétés magnétiques de ces composés. De nombreux travaux ont déjà été publiés mais très peu concernent les composés SmMn₂O₅ et GdMn₂O₅, difficiles à étudier aux neutrons. Pourtant ce sont des composés clés, à la frontière entre des composés à terres rares légères qui ne sont pas multiferroïques et ceux à terres rares lourdes qui le sont. Je me suis donc intéressé à ces composés. Grâce à une étude théorique basée sur une analyse de symétrie et des calculs numériques ab initio tenant compte du fort couplage spin-orbite, nous avons pu prévoir un modèle pour l’ordre magnétique stabilisé dans Sm et Gd. Nous avons en parallèle étudié expérimentalement les structures magnétiques pour ces deux composés par le biais d’une analyse des donnés de diffraction de neutrons sur poudre utilisant des matériaux isotopes de Sm et Gd. Ma thèse a permis d’une part de valider le mécanisme d’échange striction comme origine du couplage magnéto-électrique dans cette série importante de multiferroïques. Elle a permis d’autre part de mettre en évidence l’existence d’une interaction d’échange supplémentaire dans GdMn₂O₅, à l’origine de la forte polarisation électrique dans ce membre de la série. Ces résultats amènent plus de clarté à la compréhension de la multiferroïcité dans ces systèmes<br>The magneto-electric multiferroic systems are multifunctional materials very important for applications in the field of electronics or spintronics since they present simultaneously electrical and magnetic orders, which are generally coupled. They can thus respond to both the application of a magnetic field and an electric field. One of the most studied magneto-electric multiferroic families is the RMn₂O₅ series where R is a rare earth. My thesis deals with the role of rare earth on the multiferroic and the magnetic properties of these compounds. Numerous works have already been published, but very few concern the compounds SmMn₂O₅ and GdMn₂O₅, difficult to study with neutrons. Yet these are key compounds, on the border between light rare earth compounds that are not multiferroic and heavy rare earths that are. This explains my interest for these compounds. Using a theoretical study based on a symmetry analysis and numerical calculations ab initio taking into account the strong spin-orbit coupling, we were able to predict a model for the stabilized magnetic order in Sm and Gd. We have experimentally studied the magnetic structures for these two compounds by means of an analysis of the powder neutron diffraction data using Sm and Gd isotopes. On one hand, my thesis allowed to validate the mechanism of exchange striction as origin of the magnetoelectric coupling in this important series of multiferroics. On the other hand, it has made it possible to demonstrate the existence of an additional exchange interaction in GdMn₂O₅, at the origin of the strong electrical polarization in this member of the series. These results provide greater clarity to the understanding of multiferroicity in these systems
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Gastaldo, Vinícius Pascotto. "Multiferroicity and structural anomalies in quadruple perovskite manganites : case study (A)Mn7O12, A=Na and La." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS324.
Full textAbstract:
Dans cette thèse on étude les oxydes de manganèse NaMn7O12 et LaMn7O12, qu'appartiennent à la structure de pérovskite quadruple sous les points de vue de la multiferroïcité, du couplage magnétoélectrique, et aussi des anomalies structurelles dynamiques en NaMn7O12. Ces études concernent l'existence, les mécanismes d'établissement de la multiferroïcité et le couplage entre les ordres ferroïques en ces matériaux. Les forces motrices des anomalies structurels dynamiques en NaMn7O12 sont aussi étudiés au sens de clarifier les mécanismes de déformation structurel et quel est son importance ao établissement des ordres ferroïques. Manipulations de IXS et DXS révèlent anomalies dynamiques dans la transition structurel du NaMn7O12. Un phonon amollit avec le même vecteur d’onde de la modulation structurel sont révélé lié à pics diffuses de rayons-x qui ont un vecteur d’onde diffèrent, indiquant une compétition entre différents distorsions et que la distorsion engendré par distorsions du type Jahn-Teller est finalement dominant. Une transition ferroélectrique a été trouvé simultanément à anomalies dans la chaleur spécifique et dans la magnétisation du NaMn7O12. Les courbes d’hystérésis magnétique sont bien plus larges dans la phase ferroélectrique. Ces propriétés sont expliquées dans le cadre d’un modelé de ordonnément de frontières de domaine antiferromagnétique. Au LaMn7O12, une transition ferroélectrique a été trouvé à la température de transition antiferromagnétique du site B. Malgré les péculiarité de chaque système, ses propriétés structurels et magnétiques permettent d’affirmer qui sa ferroélectricité est d’origine magnétique travers le mécanisme de striction d’échange<br>In this work we study the quadruple perovskite structure manganese oxides NaMn7O12 and LaMn7O12 under the point of view of multiferroicity, magnetoelectric coupling, and also structure anomalies on NaMn7O12. These studies range from the existence to the mechanism of the establishment of multiferroicity and coupling between ferroic orders in these materials. The driving force of the dynamic structural anomalies in NaMn7O12 are also studied with the goal of clarifying the mechanisms of structural distortion and how they relate to the onset of ferroic orders. The results of IXS and DXS experiments show interesting dynamical anomalies in NaMn7O12's structural transition, a softened phonon at the structural modulation wavevector that was shown to be related to diffuse x-ray peaks with a different wavevector point in the direction of competing distortions and that the Jahn-Teller mechanism driven distortion overcome its competitor. A ferroelectric transition was found simultaneous to anomalies in specific heat and magnetization in NaMn7O12. Magnetic hysteresis loops are quite wider in the ferroelectric phase. These properties are explained in function of a magnetoelectricity mediated antiferromagnetic domain wall ordering model. As for LaMn7O12, a ferroelectric transition at the B site antiferromagnetic transition temperature. Besides the particularities of each system, structural and magnetic properties imply that their ferroelectricity is of magnetic origin through the exchange striction mechanism
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Khaled, Mohamed Ali. "Hétérostructures multiferroïques à base de BiFeO3 et NdFeO3 : croissance, structure et comportement magnétique." Electronic Thesis or Diss., Amiens, 2022. http://www.theses.fr/2022AMIE0049.
Full textAbstract:
Ce travail a consisté à élaborer par ablation laser des hétérostructures à base de deux oxydes pérovskites d'ordres ferroïques différents. Nous décrivons en détail le protocole d'optimisation des conditions de dépôt par ablation laser menant à la croissance de couches minces de BiFeO3 dopé à 5 % de Mn sur des substrats de SrTiO3. Des couches minces de NdFeO3 ont également été déposées dans les mêmes conditions, permettant la croissance de super-réseaux à base de ces deux matériaux. L'effet d'épaisseur a été étudié pour les couches minces épitaxiales de NdFeO3 et a montré une forte anisotropie magnétique avec une aimantation à saturation améliorée en dessous d'une épaisseur critique tc~54 nm. Nous associons un tel effet au modifications structurelles liées aux changements de symétrie et de structure en domaine. Aucune anomalie magnétique n'est observée jusqu'à 2 K, ce qui suggère que la déformation structurale supprime la transition de réorientation du spin ou la déplace vers des plus hautes températures. Les mesures à haute température pour un film de 80 nm d'épaisseur ont montré un fort couplage spin-réseau à la température de Néel tandis qu'une nouvelle instabilité magnéto-structurale est découverte à T1=250°C. L'étude structurale des super-réseaux BiFeO3/NdFeO3 nous a confirmé la présence d'un état anti-polaire intermédiaire et un diagramme de phase de la température en fonction de l'épaisseur de la couche BFO est proposé. Les propriétés magnétiques ont également été étudiées par VSM soulignant une plus grande aimantation à saturation le long de la direction de croissance et une anisotropie magnétique améliorée pour le super-réseau avec une composition juste au passage de l’état anti-polaire au paraélectrique. Cette observation peut être liée à la transition structurelle induite par la composition<br>This work of thesis consists of growing heterostructures based on two perovskites oxides with different ferroic orders. First, we provide detailed description of the processes leading to successful growth of 5% Mn-doped BiFeO3 thin films on SrTiO3 substrates by pulsed laser deposition. NdFeO3 thin films were also grown at the same conditions, allowing the synthesis of superlattices based on these two materials. Thickness effect was studied for NdFeO3 epitaxial thin films and showed a strong magnetic anisotropy with enhanced magnetization below a critical thickness tc~54 nm. We associate such behavior with the occurrence of structural modifications related to symmetry and domain pattern changes. No magnetic anomaly is evidenced down to 2 K suggesting that the strain-induced structural state either suppresses the bulk spin reorientation or shifts it up. Temperature-dependent measurements for an 80nm thick thin film highlight a significant spin-lattice coupling at the Néel Temperature while a new magneto-structural instability is discovered at T1=250°C. Strain-induced phenomena are investigated in BiFeO3/NdFeO3 superlattices as a function of relative proportion in the period. Presence of an intermediary antipolar-state is confirmed and a temperature versus BFO layer thickness phase diagram is proposed. A larger magnetization at saturation is found along the out-of-plane direction and enhanced magnetic anisotropy for the SL with composition right at the change from the (anti)polar (tetragonal-like) to paraelectric (orthorhombic). This observation may be connected to the observed x induced structural transition
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Jahjah, Walaa. "NanOstructures MultIferroïques INtrinsèques et extrinsèques : vers un contrôle Électrique des propriétés magnétiquEs (NOMINÉE) Influence of mesoporous or parasitic BiFeO3 structural state on the magnetization reversal in multiferroic BiFeO3/Ni81Fe19polycrystalline bilayers, in Journal of Applied Physics 124 (23), December 2018 Spin pumping as a generic probe for linear spin fluctuations: demonstration with ferromagnetic and antiferromagnetic orders, metallic and insulating electrical states, in Applied Physics Express 12(2), January 2019 Thickness dependence of magnetization reversal and magnetostriction in Fe81Ga19 thin films, in Physical Review Applied 12, August 2019." Thesis, Brest, 2019. http://www.theses.fr/2019BRES0070.
Full textAbstract:
Nous menons trois études expérimentales du comportement de renversement de l’aimantation (RM) dans trois types différents de bicouches, et sous différents types de contraintes. Nous étudions l’influence sur les propriétés magnétiques de l’état structural du BiFe03, de contraintes mécaniques magnétoélastiques dans le Fe81Ga19, couplées ensuite à des contraintes électriques et même thermiques.Une bicouche polycristalline composée d’un ferromagnétique Ni81Fe19, et d’un multiferroïque intrinsèque BiFe03, est déposée par pulvérisation cathodique. Sa structure et sa morphologie sont caractérisées par diffraction des rayons X, et microscopie électronique à transmission, révélant deux états structuraux fondamentalement différents du BiFe03 dûs à des défauts. Le RM est analysé par magnétométrie à échantillon vibrant, fournissant des mesures angulaires à température ambiante. L’état parasité avec la phase parasite Bi2O3 augmente les valeurs du champ d’échange en fonction de la concentration de celle-ci, qui est contrôlable. Un état mésoporeux est aussi mis en évidence, et empêche l’établissement de l’anisotropie unidirectionnelle du couplage d’échange.Des couches minces magnétostrictives de Fe81Ga19 sont déposées sur des substrats de verre. Leurs caractérisations mettent en évidence une dépendance en épaisseur des propriétés magnétiques, en correspondance avec l’état structural.Deux directions cristallographiques remarquables pour toutes les épaisseurs permettent un RM cohérent. La couche la plus mince présente un coefficient de magnétostriction de 20 ppm, qui diminue pour les couches plus épaisses. Cette tendance est associée à une texture de surface prédominante qui se réduit au profit du volume polycristallin sans orientation préférentielle.De telles couches de Fe81Ga19 sont déposées sur des substrats monocristallins ferroélectriques de PMN-PZT pour former un multiferroïque extrinsèque. Le RM et le caractère d’anisotropie sont contrôlés par un champ électrique. Le composite révèle un fort couplage magnétoélectrique inverse entre les deux phases piézoélectrique et magnétostrictive, de valeur parmi les meilleurs rapportées à ce jour. Des mesures à basses températures montrent un effet magnéto-mécanique dû à la contrainte thermique et imposé par la nature du substrat<br>We conducted three experimental studies of magnetization reversal (MR) behavior in three different types of bilayers, under different types of strain. We studied the influence on the magnetic properties of the structural state in the BiFe03, of magnetoelastic mechanical strain in the Fe81Ga19, which we then coupled to electrical and even thermal strainA bilayer consisted of using a ferromagnetic Ni81Fe19, and an intrinsic multiferroic BiFe03. These polycrystalline thin films are deposited by sputtering. Their structure and morphology are characterized by X-ray diffraction, and transmission electron microscopy, revealing two fundamentally different structural states of the BiFeO3 due to defects. The MR is analyzed by vibrating sample vector magnetometry, providing angular measurements it room temperature. The parasitic state with the parasitic phase Bi2O3 increases the values of the exchange field according to its concentration, which we can control. A mesoporous state is also highlighted, and prevents the establishment of the unidirectional anisotropy.Magnetostrictive thin films of Fe81Ga19 are deposited on glass substrates. Their characterizations reveal thicknessdependent magnetic properties, in correspondence with the structural state. Two remarkable crystallographic directions for the whole range of thicknesses allow a coherent MR. The thinner films have a magnetostriction coefficient value of 20 ppm, which decreases for the thicker films. This trend is associated with a predominant surface texture which is reduced in favor of the polycrystalline volume with non-preferential orientation.Such Fe81Ga19 films are deposited on single-cristalline ferroelectric substrates of PMN-PZT to form an extrinsic multiferroic.The MR and the anisotropy character are controlled by an electric field. The composite reveals a strong inverse magnetoelectric coupling αCME between the two piezoelectric and magnetostrictive phases, of value among the best reported so far. Measurements at low temperatures show a magnetomechanical effect due to thermal stress, and imposed by the nature of the substrate
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Nong, Thi Thanh Huyen. "Electric control of magnetic behavior in artificial multiferroic composites." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2018. http://www.theses.fr/2018USPCD070.
Full textAbstract:
Les matériaux multiferroïques présentent plusieurs ordres ferroïques, i.e. ferromagnétiques, ferroélectriques et/ou ferroélastiques. Le couplage entre ses ordres ferroïques permet de contrôler les propriétés magnétiques en appliquant un champ électrique et vice versa. Afin d’utiliser leur multifonctionnalités dans des nouvelles applications, ce couplage doit être efficace à température ambiante. Cette thèse étudie les systèmes couplant artificiellement ensemble une phase ferromagnétique / magnétostrictive à une phase ferroélectrique / piézoélectrique. Le couplage entre ces deux phases est appelée magnétoélectrique (ME). Le premier chapitre décrit l’état de l’art de ce couplage ME dans différentes structures composites multiferroïques. Tandis que les techniques de caractérisation et les outils de simulation micromagnétiques utilisées sont présentées dans le deuxième chapitre. Dans le troisième chapitre, une hétéro-structure type film magnétostrictif/substrat flexible/actuateur piézoélectrique (FeCuNbSiB/Kapton/PE) a été étudiée. Les domaines magnétiques du FeCuNbSiB ainsi que leur orientation sont contrôlées en appliquant un champ électrique et étudiées par microscopie locale (MFM). Le quatrième chapitre étudie un composite incluant des nanoparticules magnétostrictives dans une matrice piézoélectrique flexible (polymère PVDF). L’effet des inclusions (nanoparticules) sur la réponse piézoélectrique locale du PVDF est étudiée par microscopie de piézoréponse (PFM). Symétriquement, l’influence de la matrice piézoélectrique sur les propriétés magnétiques des nanoparticules est analysée. Dans le dernier chapitre, l’optimisation des propriétés magnétiques statiques d’un ensemble de nanoparticules anisotropes (nanofils de cobalt) est étudiées sous l’influence de leur structure, de leur forme et de leurs interactions. Cette étude expérimentale est corroborée par les simulations et vise des nouveaux composites incluant ces nanoparticules anisotropes dans une matrice piézoélectrique flexible<br>Multiferroic materials present several ferroic orders, i.e. ferromagnetic, ferroelectric and/or ferroelastic. The coupling between these ferroic orders allow the control of the magnetic properties by applying an electric field and vice versa. In order to use their multifunctionality in new applications, this coupling must be efficient at room temperature. This thesis concentrates on materials artificially coupling together a ferromagnetic/ magnetostrictive phase with a ferroelectric/piezoelectric one. The coupling between these two phases is called magnetoelectric (ME). The first chapter describes the state of the art of this ME coupling for different multiferroic composite structures. Characterization techniques and micromagnetic simulation tools are presented in the second chapter. In the third chapter, a hetero-structure given by a magnetostrictive film/flexible substrate/piezoelectric actuator (FeCuNbSiB/Kapton/PE) is studied. The magnetic domains of FeCuNbSiB as well as their orientation are controlled by applying an electric field and studied by local microscopy (MFM). The fourth chapter focuses on a nanocomposite material including magnetostrictive nanoparticles in a flexible piezoelectric matrix (PVDF polymer). The effect of these inclusions (nanoparticles) on the local piezoelectric response of the PVDF is studied by piezoeponse microscopy (PFM). Symmetrically, the influence of the piezoelectric matrix on the static magnetic properties of the nanoparticles is analyzed. In the last chapter, the optimization of the magnetic properties of a set of anisotropic nanoparticles (cobalt nanowires) is studied as fonction of their structure, shape and mutual interactions. This experimental study is corroborated by simulations and targets new composites ME materials including the anisotropic nanoparticles in a flexible piezoelectric matrix
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Huang, Tianwen. "Study of Self-Biased Magnetoelectric Materials for Future Micro Energy Sources." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2024. http://www.theses.fr/2024SORUS224.
Full textAbstract:
Cette thèse mène une étude approfondie sur les composites magnétoélectriques (ME) auto-polarisés fabriqués par la technologie de pulvérisation RF : ces composites pourraient répondre aux besoins d'énergie dans les applications de l'Internet des objets (IoT) et être utilisés pour des applications d'implants biomédicaux grâce au transfert d'énergie sans contact via un champ magnétique. Cette caractéristique permet non seulement de réduire l'utilisation de piles et de batteries, mais aussi de diminuer les besoins de maintenance des implants. Avec le déploiement généralisé des appareils IoT, il existe une demande croissante de solutions énergétiques efficaces et miniaturisées qui nécessitent une maintenance minimale. Les composites ME auto-polarisés permettent d'obtenir des effets magnéto-électriques sans avoir besoin d'un champ magnétique statique.Les composites ME Ni/LiNbO3/Ni ont été choisis comme matériau ME principal pour cette recherche. Des études expérimentales complètes incluant des mesures par la diffraction des rayons X pour étudier la qualité des films de nickel, des mesures de la magnétisation du nickel pour étudier son comportement magnétique, et des mesures électriques pour caractériser le coefficient ME des composites ont été menées. Ces mesures ainsi que des simulations par éléments finis ont permis d'étudier en profondeur le comportement d'auto-polarisation et ses origines. Il a été constaté que les contraintes résiduelles générées au cours de la croissance du nickel par pulvérisation RF sur le substrat de LiNbO3, en sont les principales causes. En outre, le modèle d'éléments finis développé dans cette étude, qui incorpore une formulation d'éléments en coquille et un modèle magnétoélastique non linéaire, a permis de simuler avec succès le comportement magnétoélectrique de ces matériaux. La précision et la fiabilité des simulations ont été validées par comparaison avec les résultats expérimentaux. Les composites Ni/LiNbO3/Ni sont particulièrement adaptés aux applications d'implants biomédicaux en raison de leur biocompatibilité et de leur capacité à maintenir une efficacité de transmission d'énergie pour des tailles minimales, sans un champ d'excitation statique<br>This thesis conducts an in-depth study of self-biased magnetoelectric (ME) composites fabricated by RF sputtering technology : these composites could meet the energy needs of Internet of Things (IoT) applications and be used for biomedical implant applications thanks to wireless energy transfer via a magnetic field. This feature not only reduces the use of batteries, but also reduces the need for implant maintenance. With the widespread deployment of IoT devices, there is a growing demand for efficient, miniaturized energy solutions that require minimal maintenance. Self-biased ME composites enable ME effects to be achieved without the need for a static magnetic field.The Ni/LiNbO3/Ni ME composites were chosen as the main ME material for this research. Complete experimental studies including X-ray diffraction measurements to study the quality of the nickel films, measurements of the magnetization of the nickel to study its magnetic behavior, and electrical measurements to characterize the ME coefficient of the composites were carried out. These measurements, together with finite element simulations, enabled an in-depth study of the self-biased behavior and its origins. It was found that residual stresses generated during the growth of nickel by RF sputtering on the LiNbO3 substrate were the main causes. In addition, the finite element model developed in this study, which incorporates a shell element formulation and a non-linear magnetoelastic model, successfully simulated the magnetoelectric behavior of these materials. The accuracy and reliability of the simulations were validated by comparison with experimental results. The Ni/LiNbO3/Ni composites are particularly well suited to biomedical implant applications because of their biocompatibility and ability to maintain energy transmission efficiency at minimal sizes, without a static excitation field
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Masset, Gauthier. "Croissance épitaxiale de films et superrésaux de vanadates de terres rares : vers l’émergence de propriétés multiferroïques." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2020. http://www.theses.fr/2020LORR0279.
Full textAbstract:
Récemment, un nouveau type de ferroélectricité a été découvert et étudié dans des superréseaux de pérovskites ABO₃/A'BO₃ (A = terres rare ou alcalino-terreux, B = métal de transition 3d, 4d ou 5d). Ce phénomène, nommé ferroélectricité hybride impropre, suscite un intérêt important puisqu’il pourrait conduire, dans des systèmes de pérovskites magnétiques, à un comportement multiferroïque, voire magnétoélectrique. Parmi les matériaux pérovskites prometteurs pour l'apparition d'une telle ferroélectricité et d’un comportement multiferroïque, les vanadates de terres rares (RVO₃) ont été identifiés. Nous rapportons dans ce manuscrit le travail de thèse dont l’objectif est de synthétiser et d'étudier les superréseaux RVO₃/R'VO₃ et leurs propriétés physiques. La croissance épitaxiale de films minces de PrVO₃ et LaVO₃ par épitaxie par jet moléculaire (MBE) assistée par ozone est rapportée en détails. Appuyés entre autres par des caractérisations in situ de diffraction d’électrons (RHEED), et ex situ de diffraction des rayons X (XRD), le processus de croissance a été optimisé. La croissance 2D couche-par-couche permet la croissance de superréseaux LaVO₃/PrVO₃ parfaitement contrôlés et de grande qualité cristalline. L’analyse par microscopie électronique (TEM) met en évidence des interfaces abruptes et permet d’identifier les variants structuraux et les déplacements atomiques, autant d’éléments clés pour l’apparition de la ferroélectricité hybride impropre. Les premières mesures des propriétés électriques sur les superréseaux suggèrent un comportement ferroélectrique dans un superréseau (LaVO₃)₁/(PrVO₃)₁<br>Recently, a new origin for ferroelectricity has been discovered and studied in perovskite superlattices ABO₃/A'BO₃, (ABO₃ with A = rare earth or alkaline earth, B = 3d, 4d or 5d transition metal). This phenomenon, called improper hybrid ferroelectricity, rises considerable interest, since it may yield the emergence of a multiferroic or even magnetoelectric behavior in magnetic perovskites. Among the promising perovskite materials for such a ferroelectric and magnetoelectric behavior, rare earth vanadates (compounds RVO₃) have been identified. The thesis work reported in this manuscript aimed at studying RVO₃/R'VO₃ superlattices and their physical properties. The epitaxial growth of PrVO₃ and LaVO₃ thin films by ozone-assisted molecular beam epitaxy (MBE) is thoroughly investigated. An optimization of the growth process is carried out, mainly supported by in situ electron diffraction (RHEED), and ex situ X-ray diffraction (XRD). The epitaxy with layer-by-layer 2D growth mode for LaVO₃ and PrVO₃ on SrTiO₃(001) allows the deposition of high quality LaVO₃/PrVO₃ superlattices. The analysis by electrons microscopy (TEM) highlights abrupt interfaces and enables the determination of structural variants and atomic displacements, key elements for the emergence of improper hybrid ferroelectricity. The first results on the superlattices’ electric properties suggest the occurrence of a ferroelectric behavior in a (LaVO₃)₁/(PrVO₃)₁ superlattice
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Han, Liuyang. "Croissance et caractérisations complètes de structures ferroics artificielles à base de matériaux ferroélectrique et anti ferroélectrique : comparaison des performances en termes de coefficient de couplage magnétoélectrique et de l'accordabilité de la perméabilité." Thesis, Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France, 2019. http://www.theses.fr/2019UPHF0006.
Full textAbstract:
Le couplage magnéto-électrique (ME) a été largement étudié, tant du point de vue fondamental que du point de vue expérimental. Ce phénomène se manifeste dans certains matériaux multiferroïques où coexistent à la fois une polarisation électrique et une aimantation spontanée que rend possible le contrôle de la polarisation électrique à partir d’un champ magnétique extérieur (couplage ME direct ou DME); le contrôle de l’aimantation de la structure à partir d’un champ électrique (couplage ME inverse ou CME). Le travail présenté dans ce mémoire concerne essentiellement les multiferroïques artificiels. Ces structures sont obtenues, le plus souvent, grâce à l’association d’un matériau ferroélectriques (FE) et un matériau ferromagnétique (FM). La déformation du matériau FE contraint le matériau FM à se déformer ce qui engendre une modification de son aimantation ; un coefficient CME est alors observé. Cette déformation peut également être obtenue en utilisant un matériau anti-ferroélectrique (AFE). Cependant, très peu de travaux ont été publiés sur le sujet. Ce constat nous a conduit à envisager l’étude de l'effet du couplage CME dans les composites multiferroïques à base d’AFE. Une part du travail décrit dans cette thèse consiste ainsi à comparer les performances obtenues dans les hétérostructures FM/FE et les hétérostructures FM/AFE. Les substrats AFE et FE utilisés dans ces hétérostructures sont respectivement les (Pb, La)(Zr, Sn, Ti)O₃ (PLZST) et les Pb(Mg, Nb)O₃-Pb(Zr, Ti)O₃ (PMN-PZT) céramiques. Les matériaux magnétiques utilisés sont quant à eux déposés par pulvérisation cathodique sur les substrats précités. Il s’agit de l’alliage NiMnGa (NMG), de la ferrite Y₃Fe₅O₁₂ (YIG) et du [(TbCo₂)/(FeCo)]₂₀ (TCFC). En premier lieu, une étude de la manipulation de l’aimantation dans l’hétérostructure NMG/PLZST/NMG a été réalisée. Au voisinage de la transition AFEFE du PLZT un changement abrupt de l’aimantation du film de NMG a été observé. Dans le cas présent, elle atteint un maximum d’environ 15% lorsque le champ magnétique est absent (0 Oe). Nous nous sommes ensuite consacrés à l’étude comparative des hétérostructures FM/AFE et FM/FE. Premièrement, le matériau ferromagnétique est le grenat de fer et d'yttrium (YIG). Des couches minces de YIG ont ainsi été déposé es sur des substrats céramiques Pt/PLZST/Pt et Pt/PMN-PZT/Pt. Dans cette partie, nous nous sommes principalement focalisés sur l’aimantation en fonction du champ électrique appliqué, le coefficient CME (αCME), et la susceptibilité magnétique relative (∆χ/χ0). Dans le cas de l’hétérostructure YIG/Pt/PLZST/Pt (FM/AFE), le coefficient CME maximum (αCME =11.6 × 10⁻⁸ s/m) est obtenu pour un champ magnétique nul alors que la valeur maximale de la susceptibilité magnétique relative (∆χ/χ0 =33%) est observée pour un champ magnétique de 10 Oe. Concernant l’hétérostructure YIG/Pt/PMN-PZT/Pt (FM/FE), les résultats obtenus sont les suivants : αCME =18.15 × 10⁻⁸ s/m sous un champ magnétique de 25 Oe, ∆χ/χ0 =65% sous un champ de 20 Oe. Les propriétés ferromagnétiques du matériau TCFC fond de lui un candidat de choix pour les applications mémoires où de fortes variations de l’aimantation sont attendues. Dans le but de poursuivre notre progression dans l’analyse du couplage CME, les structures réalisées sont les suivantes : TCFC/PLZST/Au et TCFC/PMN-PZT/Au. Il est à noter que lorsque l’aimantation du TCFC est mesurée selon l‘axe difficile, nous constatons une inversion de la courbes M-E : les minimas deviennent des maximas et inversement. Le coefficient CME peut atteindre une valeur significative de 136.6 ×10⁻⁸ s/m sous 300 Oe. La dernière partie de ce travail est une tentative d’intégration de ces composants ME en technologie silicium. Deux hétérostructures (YIG/PZT et YIG/PZ) ont été synthétisés<br>The magnetoelectric (ME) coupling effect, a coexistence of electrical polarization and magnetization in multiferroic materials, has been widely investigated, both from a fundamental science perspective and an application point of view. Many researchers have devoted their efforts to realize electric field (E) control of magnetism, instead of a magnetic field (H), i.e., converse magnetoelectric (CME) coupling effect. The CME effect can be realized in ferromagnetic (FM)/ferroelectric (FE) composites with an elastic strain mediation, which enables the development of novel multiferroic devices such as information storage, microwave tuning, and multi-function electronic devices. FE materials have been intensively used in multiferroic composites to obtain a significant CME coupling effect. The FM/FE composites have achieved significant advancements because of the considerable E-induced strain in FE phases. The antiferroelectric (AFE) materials also undergo large deformation under the application of E, and large E-induced strain is generated. However, very few works have reported the CME coupling effect in AFE-based multiferroic composites. In our work, a series of ME heterostructures were investigated for the fundamental understanding of AFE-based multiferroic heterostructures and the differences in the performances of AFE- and FE-based multiferroic heterostructures. The AFE ceramic and FE ceramic, (Pb, La)(Zr, Sn, Ti)O₃ (PLZST) and Pb(Mg, Nb)O₃-Pb(Zr, Ti)O₃ (PMN-PZT), were prepared as substrates to deposit FM films. Then the NiMnGa (NMG) alloys, the ferrite Y₃Fe₅O₁₂ (YIG) film, and uniaxial [(TbCo₂)/(FeCo)]₂₀ (TCFC) films were used to couple with AFE and FE materials. The work first included a study of the strain-mediated CME coupling manipulation in NMG/PLZST/NMG heterostructure. The NMG/AFE heterostructures have been reported several times, but the E control of magnetization has never been reached. Here, the CME coupling effect in AFE-based heterostructure has been first revealed. The magnetization of NMG film changes rapidly at the switching fields of PLZST. At 0 Oe, the magnetization change of NMG film reaches the maximum (15%). Secondly, the ferrite YIG films deposited on PLZST and PMN-PZT ceramic substrates were studied. The CME coupling effect in YIG/PLZST and YIG/PMN-PZT was carried out, and the differences of CME performance in AFE- and FE-based ME heterostructure were revealed. The considerable E-induced strain in AFE substrate leads to maximum in-plane CME coefficient (αCME =11.6 × 10⁻⁸ s/m) at 0 Oe and a maximum of in-plane relative magnetic susceptibility change (∆χ/χ0 =33%) with a low magnetic field of 10 Oe in YIG/Pt/PLZST/Pt heterostructure. The maximum of in-plane αCME (18.15 × 10⁻⁸ s/m) is observed when H = 25 Oe. The part of work demonstrated the electric-field induced strain plays a crucial role in the CME coupling effect. The different strain evolutions of substrates favors the difference in the CME coupling effect of YIG/AFE and YIG/FE. Thirdly, we investigated the CME coupling effect of uniaxial TCFC films on PLZST and PMN-PZT substrates along different axes. A significant manipulation by E can be realized along the hard axis of TCFC film, and a reverse transition of M-E curves occurs. In TCFC/PLZST, the maximum of αCME is at 500 Oe with a value of 12.7×10⁻⁸ s/m. In TCFC/PMN-PZT, the maximum of αCME reaches 136.6 ×10⁻⁸ s/m with a bias H = 300 Oe. Along the easy axis and out-of-plane direction, the CME coupling effect has also been discussed. Finally, the YIG/AFE and YIG/FE heterostructures have been prepared in the full thin-film form to explore the CME coupling effect. The results indicate that a FM phase with a strong magnetic response along OOP direction is needed for Magnetic Force Measurement (MFM) to evaluate the ME performance of these structures
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Aghavnian, Thomas. "Couplages magnéto-électriques dans le système multiferroïque artificiel : BaTiO₃ / CoFe₂O₄." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS310/document.
Full textAbstract:
Les matériaux magnetoélectriques multiferroïques sont particulièrement attrayants dans le domaine de l’électronique de spin, notamment dans la perspective de contrôler l’aimantation d’un matériau à partir d’un champ électrique. Les multiferroïques dits artificiels, constitués de phases ferroélectriques et magnétiques séparées, permettent de contourner la rareté de matériaux multiferroïques intrinsèques. S’ils peuvent présenter des valeurs de couplage plus élevées les mécanismes en jeu sont encore mal compris. Leur compréhension requiert l’étude d’échantillons parfaitement cristallisés et maitrisés. L’association en films minces (entre 3 et 20nm) épitaxiés de BaTiO₃, ferroélectrique de référence et de CoFe₂O₄, ferrimagnétique très magnétostrictif et à haute température de Curie, constitue un système modèle bien adapté à une telle étude. Dans cette thèse, nous réalisons des films minces de grande qualité cristalline de CoFe₂O₄ / BaTiO₃ sur substrat SrTiO₃ (001) par épitaxie par jets moléculaires sous plasma d’oxygène atomique. Dans un premier temps, nous étudions indépendamment pour chaque phase les propriétés individuelles de chimie, structure, magnétisme et ferroélectricité, notamment via des techniques de synchrotron. Forts de cette base, nous mettons en place différentes expériences d’étude du couplage magnétoélectrique direct et indirect, avec l’application d’une polarisation électrique et une mesure d’aimantation, et vice versa. Nous observons l’existence d’un couplage magnétoélectrique, notamment grâce la forte interaction des couches de CoFe₂O₄ et BaTiO₃. En revanche, les mécanismes indirects dominent, et impliquent des modifications structurales et chimiques via des mouvements ioniques. Ces mécanismes ioniques créent des modifications réversibles de résistance à température ambiante ouvrant la voie, au-delà des propriétés multiferroïques, à de possibles applications pour les RAM résistives<br>Magnetoelectric multiferroics are of particular interest in the field of spintronics, especially for the possible control of the magnetization using an electric field. The lack of intrinsic multiferroics can be circumvented by using artificial multiferroics, made with individual ferroelectric and magnetic phases. Although they may exhibit higher coupling values, the precise coupling mechanisms involved are still not well understood. Getting insights in the understanding of these phenomena requires studying well mastered and crystallized samples. The combination of BaTiO₃ thin films (3 to 20nm), the prototypical ferroelectric, and of CoFe₂O₄ ones, a highly magnetostrictive ferromagnet with a high Curie temperature, constitutes a suitable model system well suited for such a study. In this thesis, we realized CoFe₂O₄ / BaTiO₃ thin films of high crystalline quality by oxygen plasma assisted molecular beam epitaxy on a SrTiO₃ (001) substrates. First, we study independently for each phase the individual properties of chemistry, structure, magnetism and ferroelectricity, using in particular a range of synchrotron techniques. Based on those fundamental results, we set up direct and indirect magnetoelectric coupling experiments, where we apply an electric polarization to measure a change in magnetization, and vice versa. We manage to observe the magnetoelectric coupling, mainly through the strong interaction of the CoFe₂O₄ and BaTiO₃ films. The indirect mechanisms dominate however and involve structural as well as chemical modifications through ion displacement. Those ion displacements create reversible changes in resistance at room temperature. These results imply that, in addition to the evidenced multiferroic properties, the system makes also promise for resistive RAM devices applications
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Fischer, Johanna. "Imaging and tailoring electric and antiferromagnetic textures in multiferroic thin films of BiFeO₃." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASP013.
Full textAbstract:
Les matériaux antiferromagnétiques suscitent un intérêt croissant pour la spintronique de par leur insensibilité aux champs magnétiques parasites et leur dynamique magnétique ultrarapide. Cependant, la lecture et le contrôle de l’ordre antiferromagnétique restent des verrous pour le développement des dispositifs. Dans les matériaux multiferroïques, le couplage magnétoélectrique entre les ordres électrique et magnétique pourrait permettre de contrôler l’antiferromagnétisme avec un champ électrique. Dans cette thèse, nous imageons une grande variété de textures antiferromagnétiques que nous contrôlons par l’ingénierie des contraintes et le champ électrique pour l’archétype des matériaux multiferroïques, BiFeO₃. Nous élaborons des films minces sous différentes contraintes d’épitaxie, maîtrisant ainsi la texture de domaines ferroélectriques, telle qu’imagée par microscopie à force piézoélectrique. De plus, nous montrons qu’une transition de phase inverse peut être utilisée pour accroître l’ordre électrique global, d’une configuration labyrinthique de domaines vers un réseau périodique en bandes rectilignes. La magnétométrie à centre NV nous permet de corréler les textures antiferromagnétiques et ferroélectriques. Nous démontrons que les contraintes stabilisent différents types de cycloïdes ainsi qu’un ordre antiferromagnétique colinéaire. La diffraction X élastique résonante permet de confirmer macroscopiquement l’existence de deux types de cycloïdes. Enfin, nous contrôlons électriquement ces textures antiferromagnétiques, passant d’une cycloïde à une autre ou transformant un ordre colinéaire en cycloïde. Sur la base d’un substrat imposant une contrainte anisotrope, nous stabilisons des films ne présentant qu’un seul domaine ferroélectrique associé à un unique domaine antiferromagnétique. Ceci ouvre de larges perspectives pour explorer le couplage entre l’antiferromagnétisme non-colinéaire et le transport de spin<br>Antiferromagnetic materials are generating a growing interest for spintronics due to important assets such as their insensitivity to spurious magnetic fields and fast magnetization dynamics. A major bottleneck for functional devices is the readout and electric control of the antiferromagnetic order. In multiferroics, the magnetoelectric coupling between ferroelectric and antiferromagnetic orders may represent an efficient way to control antiferromagnetism with an electric field. In this thesis, we observe a wide variety of antiferromagnetic textures that we control by strain engineering and electric field in the archetypical multiferroic, BiFeO₃. We elaborate epitaxial BiFeO₃ thin films, harbouring various ferroelectric domain landscapes, as imaged by piezoresponse force microscopy. Furthermore, we resort on an inverse phase transition to improve the global electrical order from maze to perfect array of striped ferroelectric domains. Using scanning NV magnetometry, we correlate the antiferromagnetic landscapes to the ferroelectric ones. We demonstrate that strain stabilizes bulk or exotic spin cycloids, as well as collinear antiferromagnetic order. With resonant X-ray elastic scattering, we macroscopically confirm the existence of two types of cycloid. Furthermore, we electrically design antiferromagnetic landscapes on demand, changing one type of cycloid to another or turning collinear states into non-collinear ones. Finally, resorting on anisotropic strain, we stabilize a single domain ferroelectric state, in which a single spin cycloid propagates. This opens a fantastic avenue to investigate the coupling between non-collinear antiferromagnetism and spin transport
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Magrini, William. "Manipulation optique de vortex d’Abrikosov individuels." Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0724/document.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse est principalement axé sur le développement d’une nouvelle méthode de manipulation de vortex d’Abrikosov individuels dans les supraconducteurs de type II. Cette méthode, rapide, efficace et précise, est basée sur l’optique en champ lointain et repose sur l’échauffement local du supraconducteur sous l’action d’un faisceau laser focalisé. Elle apporte une excellente alternative aux techniques existantes de manipulation de vortex, toutes basées sur l’utilisation de sondes locales, et donc intrinsèquement lentes et difficiles à mettre en oeuvre dans un environnement cryogénique. La combinaison de cette méthode à une technique d’imagerie magnéto-optique performante permet de déplacer des vortex individuels avec un taux de réussite de 100% et sur de grandes échelles limitées uniquement par le champ de l’objectif de microscope. Les vitesses de manipulation atteintes sont élevées, de l’ordre de 10 mm.s-1, mais encore limitées par l’instrumentation utilisée et loin des limites fondamentales offertes par cette méthode, estimées au km.s-1. La méthode de manipulation optique permet aussi de mesurer la distribution des forces de piégeage de chaque vortex d’un échantillon. En utilisant des puissances de chauffage laser permettant de dépasser localement la température critique, nous avons également pu étudier la pénétration des vortex à l’interface entre une zone normale et une zone supraconductrice.Durant ces travaux, nous avons aussi eu l’opportunité de mettre en évidence, par spectroscopie de molécules uniques, l’effet flexomagnétoélectrique dans un matériau multiferroïque, en employant un supraconducteur de type I comme générateur de champ magnétique inhomogène. Enfin, nous proposons à la fin de ce mémoire un concept de jonction Josephson créée tout optiquement, et dont les propriétés seraient contrôlables en temps réel par laser<br>This thesis focuses on the development of a new manipulation technique to handle single Abrikosov vortices in type II superconductors. This fast, efficient and precise method is based on far field optics and rests on the local temperature elevation produced by a focused laser beam. It brings an excellent alternative to the existing techniques which are all based on local probes and thus heavy to implement in a cryogenic environment. The combination of this method with an efficient magneto-optical imaging system allows us to manipulate single vortices with a 100% rate of success on a large scale only limited by the field of view of the microscope objective. Manipulation speeds are high, of the order of 10 mm.s-1, but still limited by our setup and far from the fundamental limits offered by this technique, estimated to the km.s-1. This manipulation technique also allows to measure the pinning force of any single vortex in a superconducting sample. By using a high enough laser power which locally pushes the temperature above the critical temperature, we could also study the vortex penetration at the interface between normal and superconducting areas.In the course of this work, we also evidenced, with single molecule spectroscopy, the flexomagnetoelectric effect in a multiferoic material, by using a type I superconductor as a source of inhomogeneous magnetic field. Finally, we propose at the end of the manuscript the new concept of an optically created Josephson junctions, whose properties could be controlled in real time just with a laser beam
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Castel, Elias. "Synthèse de nouveaux matériaux multiferroïques au sein de la famille des bronzes quadratiques de formule Ba2LnFeNb4O15." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00464154.
Full textAbstract:
Les multiferroïques sont des matériaux dans lesquels plusieurs propriétés ferroïques peuvent coexister, e. g. ferromagnétisme et ferroélectricité. La recherche de tels matériaux fait l'objet d'une activité croissante en raison de l'enjeu majeur qu'ils représentent dans de nombreux domaines (mémoires, spintronique...). Les matériaux qui possèdent les propriétés nécessaires pour des applications futures sont cependant peu nombreux. Des niobates de formule Ba2LnFeNb4O15 (Ln = lanthanide), de structure bronze quadratique (TTB) susceptibles de présenter un ordre ferroélectrique et un ordre magnétique ont été synthétisés. Les propriétés magnétiques des céramiques proviennent d'une phase secondaire, faisant d'eux des composites multiferroïques. Leur souplesse cristallochimique permet de contrôler les propriétés composites par substitutions cationiques dans la matrice TTB. Afin de compléter l'étude cristallochimique, la croissance de monocristaux de TTB a été entreprise avec succès.
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Khanas, Anton. "Multiferroic oxide nanostructures : multi-resistance states." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2023SORUS039.pdf.
Full textAbstract:
Les nouveaux défis de la microélectronique depuis déjà deux décennies nécessitent le développement de matériaux et dispositifs bien au-delà des exigences de compatibilité avec la technologie silicium. Parmi ces défis figurent la miniaturisation des éléments de circuit intégrés et l’intégration 3D, pour surmonter le goulot d’étranglement de von Neumann, ainsi que l’élaboration de dispositifs neuromorphiques à base de memristors. Les fonctionnalités supplémentaires, offertes par la mise en œuvre de matériaux ferroélectriques et magnétiques, permettraient de réaliser des progrès significatifs dans tous les domaines évoqués. Dans cette thèse, nous étudions l’hétérostructure tri-couche multiferroïque (c’est-à-dire ferroélectrique et ferromagnétique simultanément) La0.7Sr0.3MnO3 / BaTiO3 / La0.7Sr0.3MnO3. Nous étudions en détail les propriétés structurales, chimiques et magnétiques des couches minces fabriquées ainsi que leurs interfaces pour établir les fondements nécessaires à la compréhension des expériences de transport électronique sur les dispositifs finaux. Dans les échantillons avec une barrière épaisse de BaTiO3, nous observons une commutation de résistance stochastique et une magnéto- résistance à champ faible plutôt complexe. Dans les dispositifs à barrière mince, nous démontrons la commutation de résistance quasi-analogique (sur de multiples niveaux de résistance) et mettons en évidence une forte dynamique temporelle, liée à la polarisation et aux lacunes d’oxygène. Le comportement de notre memristor s’avère reproduire idéalement celui des synapses biologiques, en particulier concernant les effets de second ordre intervenant dans la transmission des impulsions neuronales et qui proviennent de la dynamique transitoire d’ions Ca2+. Via la mise en place d’expériences adaptées, nous mettons en exergue plusieurs réponses synaptiques de second ordre dans notre memristor multiferroïque. Nos résultats suggèrent un nouveau concept physique de memristor de second ordre pour l’émulation bioréaliste des synapses et constituent une première étape dans la mise en œuvre matérielle de réseaux de neurones artificiels<br>New challenges in microelectronics already for two decades have been requiring the development in materials and device concepts way beyond conventional Si scaling. Among these challenges are integral circuit elements’ miniaturization and 3D integration, overcoming the von Neumann bottleneck and elaboration of memristor-based neuromorphic hardware. Additional functionalities, offered with implementation of ferroelectric and magnetic materials, would allow to achieve significant progress in all the mentioned fields. In this thesis, we study the tri-layer multiferroic (i.e., ferroelectric and ferromagnetic simultaneously) heterostructures La0.7Sr0.3MnO3 / BaTiO3 / La0.7Sr0.3MnO3. We thoroughly investigate the structural, chemical and magnetic properties of the fabricated thin layers and interfaces between them to establish the foundation for further electronic transport experiments. In thick BaTiO3 barrier samples, we observe stochastic resistance switching and a rather complex low-field magnetoresistance. In thin barrier devices, we demonstrate the multilevel quasi-analog resistance switching that shows a strong temporal dynamic, in relation with polarization and oxygen vacancies. This behavior is found to be emulating very accurately that of the biological synapses, with the emphasis on the so called second order effects, which are originating from the transient dynamics of Ca2+ ions, mediating the neural pulse transmission. Via appropriate experiments, we demonstrate the operation of several second order synaptic functions in our multiferroic memristors. Our findings suggest the new physical concept of second order memristor for biorealistic emulation of synapses and make a step toward the hardware implementation of artificial neural networks
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Chirac, Théophile. "New spintronic components based on antiferromagnetic materials." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS482.
Full textAbstract:
Les mémoires magnétiques actuelles commencent à atteindre leurs limites physiques en terme de stabilité, vitesse et consommation énergétique, alors que la course à la miniaturisation s'intensifie. Le champ émergeant de la spintronique étudie le comportement collectif des spins dans la matière ainsi que leurs interactions aux interfaces, afin de trouver une solution en termes de matériaux, architectures et sources excitatrices. En particulier, les matériaux antiferromagnétiques sont particulièrement prometteurs. Ces matériaux ordonnées sont abondants, naturellement stables, robustes, ultra rapides et compatibles avec l'électronique des isolants. En effet, la plupart des oxydes à base de métaux de transition sont des isolants antiferromagnétiques ayant leur fréquence de résonance dans le terahertz et un champ de flop de quelques dizaines de teslas. Ils peuvent aussi être semi-métalliques, métalliques, semiconducteurs, supraconducteurs ou multiferroïques. Cette thèse s'intéresse aux deux antiferromagnétiques: oxyde de nickel (NiO) et ferrite de bismuth (BiFeO₃). NiO est un antiferromagnétique type à température ambiante, avec une structure cristalline simple. Une étude basée sur des simulations dynamiques atomiques montre que des courants de spin atteignables peuvent réaliser une mémoire à trois états avec ce composé, avec un temps de réponse de l'ordre de la picoseconde. La simulation explique aussi la formation de structures chirales dans BiFeO₃, un antiferromagnétique également ferroélectrique, présentant un couplage magnétoélectrique entre ses deux ordres. Dans une deuxième partie, les domaines antiferromagnétiques dans BiFeO₃ sont observés expérimentalement par génération de seconde harmonique optique, avec une résolution spatiale de un micron. Les domaines antiferromagnétiques de BiFeO₃ sont ensuite excités par une impulsion laser intense, et la dynamique des deux ordres couplés (antiferromagnétisme et ferroélectricité) est étudiée dans le régime picoseconde. Enfin, l'injection d'impulsions de spins dans dans un antiferromagnétique, tel que BiFeO₃ ou NiO est envisagée en utilisant la génération de courant de spin induite par la désaimantation ultrarapide de couches adjacentes magnétiques par des impulsions laser<br>Current magnetic memory devices are reaching their physical limits in terms of stability, speed and power consumption as the race to miniaturization intensifies. The emergent research field of spintronics studies the collective behavior of spins in matter and their interplay at interfaces, to find new avenues in terms of materials, architectures and stimulation sources. A particularly promising group of materials are the antiferromagnets. These abundant magnetically ordered materials are naturally stable, robust, ultra-fast and compatible with insulator electronics. Indeed, most transition metal oxide compounds are antiferromagnetic insulators, have resonance in the terahertz range and flop fields of tens of teslas. They can also be semi-metals, metals, semiconductors, superconductors or multiferroics. This thesis focuses on two antiferromagnets: nickel oxide (NiO) and bismuth ferrite (BiFeO₃). NiO is the archetypical antiferromagnet at ambient temperature with a simple crystalline structure. Using dynamical atomistic simulations, I show that this compound can be the elemental brick of a three state memory device controlled by currently available pulses of spin currents, with a picosecond response time. The simulations also explain the formation of chiral structures in BiFeO₃, a ferroelectric antiferromagnet with magnetoelectric coupling between the two orders. In a second part, antiferromagnetic domains in BiFeO₃ are experimentally observed using second harmonic generation of light, with a sub-micron spatial resolution. Antiferromagnetic domains of BiFeO₃ are then excited by an intense femtosecond laser pulse, and the dynamics of the two coupled orders (antiferromagnetism and ferroelectricity) is studied with a sub-picosecond time resolution. Finally, the injection of spin current in an antiferromagnet such as BiFeO₃ or NiO is envisioned by characterizing the spin bursts generated by ultrafast laser-induced demagnetization of adjacent ferromagnetic layers
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Iurchuk, Vadym. "Spintronics under stress." Thesis, Strasbourg, 2016. http://www.theses.fr/2016STRAE024.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, les interactions magnétoélectriques et optomagnétiques transmises par les contraintes dans les structures ferroélectriques/ferromagnétiques sont étudiées. Nous montrons que la dynamique des déformations du Pb(ZrxTi1-x)O3 aboutit à la manipulation électrique sous-coercitive de multi-états ferroélastiques rémanents. La mesure par une jauge résistive de ces états, ainsi que l'écriture et l'effacement électriques et le stockage ferroélastique, sont démontrés. La configuration des contraintes de matériaux ferroélectriques créée électriquement, permet de modifier l'anisotropie magnétique d'une couche ferromagnétique. Ce phénomène est utilisé pour contrôler le champ magnétique coercitif des composants magnétostrictifs des vannes de spin au moyen des déformations. L’irradiation lumineuse est également utilisée pour entraîner une photostriction rémanente dans le BiFeO3. Cette déformation rémanente est transférée à une couche ferromagnétique et permet un contrôle optique de la coercivité magnétique. Nous montrons comment les états magnétiques peuvent être écrits au moyen de la lumière et effacés par un champ électrique<br>In this thesis, the strain-mediated magnetoelectric and optomagnetic interactions in ferroelectric/ferromagnetic structures are studied. The strain dynamics in Pb(ZrxTi1-x)O3 is shown to result in the sub-coercive electrical manipulation of its remanent ferroelastic multi-states. The resistive readout of these states provided by the strain gauge layers, together with the electrically-triggered ferroelastic writing, storage, and erasing, are demonstrated. These strain configurations created by electric fields in ferroelectrics can effectively impact the magnetic anisotropy of a ferromagnetic adlayer. This phenomenon is shown to control the magnetic coercive field of the magnetostrictive components of spin valves via the strain. Light irradiation is shown to result in remanent photostriction effect (photo-driven deformation) in BiFeO3. Such optically-induced remanent deformations can be transferred to a ferromagnetic adlayer and result in the optical control of the magnetic coercive force. It is shown here how magnetic states can be written by light and erased by an electric field
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Aubert, Alex. "Synthèse, caractérisation et modélisation de matériaux multiferroiques (magnétoélectriques) composites massifs." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLN036/document.
Full textAbstract:
L'effet magnétoélectrique direct est défini par la modification de la polarisation électrique à partir de l'application d'un champ magnétique. Bien que cet effet existe de manière intrinsèque dans certains matériaux, nous étudions ici l'effet extrinsèque, où l'effet magnétoélectrique résulte d'un couplage intermédiaire entre deux phases distinctes. Dans ce cas, l'idée la plus répandue est de lier mécaniquement (par un collage) un matériau piézoélectrique à un matériau magnétostrictif. Ainsi, en appliquant un champ magnétique, le matériau magnétostrictif se déforme, transmet une contrainte au matériau piézoélectrique qui voit sa polarisation changer. Dans cette thèse nous nous intéressons à deux types de composites magnétoélectriques laminaires. Ceux employant les ferrites magnétostrictifs doux (ferrite de nickel) et ceux qui utilisent les ferrites semi-durs (ferrite de cobalt). Pour chacun des composites, on s'intéresse à optimiser l'effet magnétoélectrique en mettant en avant les paramètres qui l'influencent majoritairement. De ce fait, nous traitons différents aspects tels que l'influence de l'effet démagnétisant dans les multicouches, de la fraction volumique des composites, des phases secondaires, de la magnétostriction dynamique, de l'anisotropie magnétique uniaxe, et enfin de la fréquence et de l'amplitude du champ d'excitation magnétique sur l'effet magnétoélectrique. Grâce à la compréhension de ces phénomènes, nous avons pu optimiser le couplage magnétoélectrique de manière à développer un capteur de courant présentant des caractéristiques comparables aux capteurs de courant actuellement commercialisés et qui utilisent d'autres technologies (effet Hall, transformateur de courant)<br>The direct magnetoelectric effect is defined by the modification of the electric polarization induced by a magnetic field. Although this effect exists intrinsically in some materials, here we study the extrinsic effect, where the magnetoelectric effect results from an intermediate coupling between two distinct phases. In this case, the most common idea is to mechanically couple (by gluing) a piezoelectric material to a magnetostrictive material. Thus, by applying a magnetic field, the magnetostrictive material is deformed and transmits a stress to the piezoelectric material which makes its polarization change.In this thesis, we are interested in two types of laminar magnetoelectric composites: those using soft magnetostrictive ferrites (nickel ferrite) and those using semi-hard ferrites (cobalt ferrite). For each composites, we want to optimize the magnetoelectric effect by highlighting the parameters that mainly influence this coupling. As a result, we deal with different aspects such as the influence of the demagnetizing effect in multilayers, the volume fraction in the composites, the secondary phases, the dynamic magnetostriction, the uniaxial magnetic anisotropy, and finally the frequency and the amplitude of the magnetic exciting field on the magnetoelectric effect. Thanks to the understanding of the physical phenomena involved and the optimization of the resulting magnetoelectric coupling, we have been able to develop a current sensor with characteristics comparable to currently marketed current sensors that use other technologies (Hall effect, current transformer)
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Bouhani, Hamza. "Couches minces à base d’oxyde multiferroïque appliquées à la réfrigération magnétique." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2020. http://www.theses.fr/2020LORR0131.
Full textAbstract:
L’énergie est indispensable pour l’homme dans la vie quotidienne et essentielle à la croissance économique et au progrès du développement dans les secteurs industriels. Les sources d’énergie mondiales proviennent principalement de ressources fossiles (pétrole, charbons, gaz) qui sont la principale source de pollution atmosphérique locale et l’émetteur des gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone (CO2), responsable en grande partie de l’appauvrissement de la couche d’ozone. Dans le contexte de la pénurie actuelle de ces ressources en raison de l’augmentation continue de la demande d’énergie et alors que les réserves fossiles finiront par s’épuiser, la découverte et le développement d’une technologie à faible émission de carbone deviennent critiques avec la nécessité de décarboniser et réduire notre dépendance aux combustibles fossiles. Une de ces technologies est la réfrigération magnétique basée sur l’effet magnétocalorique (MCE). Au cours de cette thèse, nous avons étudié les propriétés magnétiques et magnétocaloriques des films minces d’oxydes fortement corrélés à structure pérovskite déposés par ablation laser pour les applications de la réfrigération magnétique. Les résultats obtenus montrent que les propriétés magnétiques et magnétocaloriques de composés PrVO3 peuvent être facilement modulées en utilisant l’approche des couches minces. En particulier, le champ magnétique coercitif a considérablement diminué faisant à partir du composé PVO un aimant presque doux dans la région où l’entropie magnétique est libérée ainsi qu’une augmentation considérable de l’aimantation de saturation. En conséquence, un effet magnétocalorique géant est présentée par les films minces de PVO déposés sur un substrat de LSAT à basse température montrant l’impact de l’effet des contraintes épitaxiales. D’autre part, les calculs DFT ont confirmé l’état fondamental et la compétition entre les interactions magnétiques sous contraintes de compression dans PVO films minces. Notre résultat suggère non seulement que les couches minces épitaxiales de PVO sont potentielles pour la réfrigération aux températures cryogéniques mais peuvent également ouvrir la voie à créer de nombreuses nouvelles fonctionnalités dans les oxydes perovskite par le contrôle des aspects structurels. Les mécanismes menant à l’effet magnétocalorique anisotropique géant observé dans les monocristaux du HoMn2O5 sont également étudiés. Les calculs DFT et la simulation de Monte Carlo nous ont permis d’explorer le rôle des ions d’Holmium en tant que principal contributeur au MCE ainsi que l’importance des propriétés anisotropes intrinsèques comme moyen prometteur d’optimiser l’EMC pour l’application de la réfrigération magnétique à basse température ainsi que la mise en œuvre de réfrigérateurs magnétiques rotatifs compacts et efficaces<br>Energy is essential for humans in everyday life and critical to economic growth and developement progress in industrial sectors. The global energy sources are mostly from fossil resources (e.g oil, coals, gas) being dominant source of local air pollution and emitter of the most dangerous green house gases such as carbon dioxide (CO2), largely responsible for the ozone layer depletion. In the context of the current shortage of those ressources due to the continuously increase in demands in energy and while fossil reserves will eventually run out, the discovery and development of a low-carbon technologies become critical with the need to decarbonise and reduce our dependency to fossil fuels. One of theses technologies is the magnetic refrigeration based on the magnetocaloric effect (MCE). In this thesis, we have investigated the magnetic and magnetocaloric properties of strongly correlated oxides thin films grown by pulsed laser deposition in view of their portential application in magnetic cooling. The obtained results reveal that the magnetic and magnetocaloric properties of PrVO3 (PVO) compounds can be easy tailored by using the thin films approach. Particularly, the coercive magnetic field was dramatically decreased making from the PVO compound a nearly soft magnet in the region where the magnetic entropy change is released as well as a considerable increase in saturation magnetization. Accordingly, a giant magnetocaloric effect is exhibited by PVO thin films grown on LSAT substrate at low temperatures showing the great impact of strain effects. This finding opens the way for the implementations of PVO thin films in some specific applications such as on-chip magnetic cooling of a nanoelectronic device and sensor technology. On the other hand, the DFT calculations have confirmed the ground state and the competition between magnetic interactions under compressive strains in PVO thin films. Our result not only suggests that epitaxial PVO thin films is potential for refrigeration at cryogenic temperatures but may also pave the way to create many novel functionalities in perovskite-type transition metal oxides by control of structural aspects.The mechanisms leading to the giant anisotropic magnetocaloric effect observed in HoMn2O5 single crystals are also studied. Both DFT calculations and Monte Carlo simulation allowed us to explore the role of Holmium ions as the main contributor to the MCE as well as the of the importance of the intrinsic anisotropic properties as a promising way to optimize the MCE for magnetic refrigeration application at low temperature regime as well as the implementation of compact and efficient rotary magnetic refrigerators
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Endichi, Asmaa. "Thin films based on Gadolinium applied to the magnetic refrigeration." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2020. http://www.theses.fr/2020LORR0150.
Full textAbstract:
La recherche en matière de caractérisation de matériaux à effet magnétocalorique géant à l’état massif et à une température proche de la température ambiante est d'un grand intérêt pour l’application de la réfrigération magnétique. Il est admis que la transition de premier ordre dans ces matériaux présente une hystérésis thermique considérable, les rendant ainsi difficiles à manipuler dans les applications pour les réfrigérateurs fonctionnant de manière cyclique. Beaucoup d'efforts ont été accomplis au cours de ces dernières années pour réduire cette hystérésis, mais les performances obtenues avec ces matériaux massifs ne répondent pas aux exigences d’une réfrigération magnétique efficace. Si les matériaux magnétocaloriques à l’état massif ont été largement étudiés ; l'échelle nanométrique correspondante reste cependant insuffisamment explorée. À cet effet, la nanostructuration, une approche largement bien connue et utilisée pour la mise au point et l’optimisation des relations structure-propriété des matériaux en questions, permet des nouvelles perspectives en matière d’amélioration de leurs caractéristiques magnétiques et magnétocaloriques en modifiant leur taille et leur forme. Pour ce faire, l’étude des propriétés magnétocaloriques des matériaux sous forme de couches minces est centrale pour pouvoir réduire au maximum l’hystérésis thermique, sachant que l’effet magnétocalorique dans les couches minces magnétiques est particulièrement intéressant pour la micro-réfrigération. Dans ce sens, peu d’études ont été menées pour montrer le potentiel des matériaux sous forme de couches minces pour la réfrigération magnétique. De même, les propriétés magnétiques (aimantation de saturation, la variation de l’entropie magnétique et du rapport de refroidissement relatif…) mesurées restent limitées. C’est dans ce cadre que le pèsent travail a été mené en étudiant le gadolinium métallique, en tant que matériau réfrigérant magnétique de référence pour la plupart des prototypes de régénérateur magnétique actif (AMR) sous forme de couche mince. Les propriétés magnétocaloriques (MCE) et électrocaloriques (ECE) des films de gadolinium fabriqués à cette fin (Si/Ta/Gd(100nm)/Pt(3nm)) sont alors mesurées dans le but d'obtenir plus d'informations sur la physique derrière ses intéressantes propriétés électroniques et magnétique en démontrant notamment l'effet magnéto-calorique du film mince Gd par la mesure du transport électrique de la résistance. Ainsi, au cours de cette thèse, les comportements électriques et surtout magnétiques de LaCr2Si2C et de multiferroïques TbMn2O5 sont décrits en utilisant la méthode ab-initio dans le but d'élargir notre compréhension des caractéristiques électroniques, magnétiques et par conséquent magnétocaloriques de ces composés à base de terre rare. L’élaboration et la caractérisation des couches minces pour la réfrigération magnétique, le traitement des données correspondantes ont été effectués conjointement au sein du laboratoire de recherche en science des matériaux avec l’équipe nanomagnétisme et électronique de spin à l’institut Jean Lamour à Nancy et au laboratoire de matière condensée et sciences interdisciplinaires à la faculté des sciences de Rabat<br>The search for materials with a giant magnetocaloric effect in a massive state and at a temperature close to ambient temperature is of great interest and is mainly obtained by varying the composition of the materials. However, the first-order transition in these materials exhibits considerable thermal hysteresis, making them difficult to handle in applications for refrigerators operating cyclically. Much effort has been made in recent years to reduce this hysteresis, but the performance obtained with these massive materials does not meet the requirements of efficient magnetic refrigeration. Magnetocaloric materials have been largely unexplored on the nanoscale. However, nanostructuring is a well-known and used approach to disrupt the developed structure-property relationships, hence the interest in manufacturing new nanoscale materials. This will improve their magnetic and magnetocaloric characteristics by varying the size and shape. On the other hand, the magnetocaloric effect in magnetic thin layers is particularly interesting for micro-refrigeration. It is therefore important to study the magnetocaloric properties of materials in the form of thin layers in order to eliminate thermal hysteresis. In this sense, few studies have been done to show the potential of thin film materials for magnetic refrigeration and magnetic properties (saturation magnetization, variation of magnetic entropy and relative cooling ratio ...) measured so far limited remains. In this thesis project, we studied metallic gadolinium, which is the preferred choice as a magnetic refrigerant for most prototypes of active magnetic regenerator (AMR) in the form of a thin layer. The magnetocaloric (MCE) and electrocaloric (ECE) properties of the manufactured gadolinium films (Si / Ta / Gd (100 nm) / Pt (3nm)) are measured, in order to obtain more information on the physics behind the interesting electronic and magnetic properties of this material we demonstrate the magneto-caloric effect of the thin film Gd by measuring the electrical transport of the resistance. Thus, during this thesis, the electrical and especially magnetic behaviors of LaCr2Si2C and multiferroics TbMn2O5 are described using the ab-initio method, in order to broaden our understanding of the electronic, magnetic and therefore magnetocaloric characteristics of these compounds based on rare earth. The development of thin layers for magnetic refrigeration was carried out in the materials science research laboratory with the nanomagnetism and spin electronics team at the Jean Lamour Institute in Nancy and the theoretical calculations are made in the material laboratory condensed and interdisciplinary sciences at the Faculty of Sciences of Rabat
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Appert, Florian. "Conception et réalisation de détecteurs dédiés à l'analyse de couches minces par spectrométrie Mossbauer : application à l'étude des propriétés magnétiques de films d'oxydes multiferroïques." Thesis, Normandie, 2017. http://www.theses.fr/2017NORMR133/document.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse porte sur la réalisation de deux instruments adaptés à l’étude de couches minces par spectrométrie Mössbauer du 57Fe par électrons de conversion (CEMS) et à leur utilisation pour la caractérisation de films épitaxiés de ferrite de bismuth BiFeO3 (BFO). Le premier dispositif est constitué d’un compteur proportionnel couplé à un module thermoélectrique. Il permet l’acquisition de manière simple et économique de spectres Mössbauer sur une gamme de température variant de 245 à 375K et sous une induction magnétique externe allant jusqu’à 1,4 T. Un second dispositif a été développé sur la base d’un channeltron™et d’un cryostat à circulation d’hélium pour des acquisitions allant jusqu’à 4 K. Les analyses CEMS ont été réalisées sur des couches minces de différentes épaisseurs de BFO (110) et (001) épitaxiées sur LaAlO3 et SrTiO3. Au-delà d’une épaisseur critique, les couches de BFO (110) présentent un mélange de phases magnétiques colinéaire et cycloïdale. La phase colinéaire présente un axe d’anisotropie suivant [001] dans le plan de la couche et lamodulation cycloïdale se propage dans un plan perpendiculaire à celui-ci. Des effets combinés de contraintes et dimensionnalité ont été avancés pour expliquer la déstabilisation de la cycloïde pour les couches les plus fines. Dans les couches minces de BFO (001) présentant une phase tétragonale de BFO, les mesures CEMS ont montré que la température de mise en ordre magnétique se rapproche de l’ambiante lorsque l’épaisseur des couches diminue<br>This work is devoted to the development of two Mössbauer detectors dedicated to thin films studies by conversion electron Mössbauer spectrometry (CEMS), and to their use for the characterization of bismuth ferrite BiFeO3 (BFO) epitaxials thin films. The first designed instrument is composed of a proportional counter and a thermoelectric module. It allows CEMS acquisitions of Mössbauer spectra from 245 to 375K with an external magnetic field upto 1.4 T. The second device is based on a commercial channeltron™ and a continuous flow cryostat allowing measurements downto 4 K. The CEMS measurements have been performed on (110) and (001) oriented BFO layers with various thickness deposited on LaAlO3 et SrTiO3 substrates. Beyond a critical thickness, the (110) BFO exhibits a mixing of collinear and cycloidal magnetic phases. The collinear phase shows an anisotropy axis [001] direction which is located in the sample plane. The cycloid propagation plane have been found to be perpendicular to the sample plane. Both epitaxial strain and size effects have been proposed to explain the cycloid destabilization in the thinner films. In (001) BFO thin films, exhibiting a BFO tetragonal phase, the CEMS measurements have shown that the magnetic ordering temperature tends to decrease with the layer thickness
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Sallagoity, David. "Synthèse et étude d’hétérostructures diélectrique/magnétique dans des membranes d’alumine nanoporeuses." Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0210/document.
Full textAbstract:
Le contrôle de la polarisation et de l’aimantation par le biais de champs magnétiques et électriques respectifs font des systèmes magnétoélectriques des candidats prometteurs à de nombreuses applications, parmi lesquelles les dispositifs micro-ondes, les dispositifs de stockage de données à haute densité, etc. L’élaboration d’hétérostructures toujours plus innovantes reste un défi majeur dans le but d’optimiser les densités d’interfaces entre les phases ferroélectriques et ferromagnétiques,et ainsi promouvoir les interactions de couplage mécaniques. Au cours de ce projet de thèse, deux stratégies sont mises en oeuvre pour la conception des matériaux : i) une structure coeur-écorce de type (1-1) composée de nanofils ferromagnétiques (1) dans des nanotubes ferroélectriques (1) àl’intérieur d’une membrane nanoporeuse tridimensionnelle auto supportée etii) une structure en couche mince de type (1-3) constituée de nanofils ferromagnétiques (1) supportés sur un substrat rigide et encapsulés dans une matrice ferroélectrique (3)<br>Controlling polarization or magnetization by an applied magneticand electric field respectively make magnetoelectric systems promisingcandidates for applications in microwave devices, high density data storagedevices, etc. Designing innovative magnetoelectric heterostructures is thus achallenge to optimize interface density between both ferroelectric andferromagnetic phases, and promote mechanical coupling interactions. In thisthesis project, two strategies are followed for material design: i) 1-1 coreshellstructure with ferromagnetic nanowires (1) inside ferroelectricnanotubes in a self-supported tridimensionnal porous template (1) and ii) 1-3structure where ferromagnetic nanowires (1) are supported on a substrateand embedded in a ferroelectric matrix (3)
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Gross, Isabell. "Exploring non-collinear spin structures in thin magnetic films with Nitrogen-Vacancy Scanning magnetometry." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLN064/document.
Full textAbstract:
Les films magnétiques ultra-minces font partie intégrante des technologies d'aujourd'hui, comme l'illustre leur omniprésence dans de nombreuses applications courantes telles que les disques durs. A cause de leurs dimensions réduites, les propriétés magnétiques spécifiques à ces échelles conduisent à la formation de structures de spin exotiques et de taille nanométrique. Pour explorer ces matériaux en détail, nous utilisons un magnétomètre à balayage développé dans notre laboratoire et qui est basé sur un défaut de spin unique dans le diamant. Ce capteur non-invasif peut mesurer à l'échelle nanométrique à la fois le champ magnétique et la topographie, et fonctionne aux conditions ambiantes. En développant une méthode d'évaluation originale du champ magnétique, nous déterminons la structure interne de parois de domaines ferromagnétiques et quantifions la force de l'interaction Dzyaloshinskii-Moriya dans des hétérostructures à couches minces. Ensuite, nous mettons en évidence le rôle clé du désordre et de l'histoire magnétique sur la stabilisation des skyrmions dans un échantillon de bicouche magnétique. Enfin, nous visualisons dans l'espace réel une spirale de spin de 70 nm de période dans le matériau multiferroïque BiFeO3 et nous manipulons sa direction de propagation avec des champs électriques. Les connaissances tirées de ces études aideront à exploiter au maximum les capacités des matériaux magnétiques à couche ultra-mince et à les mettre en œuvre dans de nouveaux dispositifs de spintronique<br>Thin film magnetic materials are an integral part of today’s technology and widespread applications like the magnetic hard drive disk mirror their potential. Due to their reduced dimensions, size-specific magnetic properties induce the formation of nanoscale, exotic spin structures. To explore such materials in detail, we utilize a home-built nitrogen vacancy scanning magnetometer, based on a single defect in diamond. This non-perturbative probe combines nanoscale magnetic field- and spatial resolution and works under ambient conditions. We develop a new way to determine the inner structure of magnetic domain walls and quantify the strength of the Dzyaloshinskii-Moriya interaction in thin film heterostructures. We reveal the key role of disorder and magnetic history on the stabilization of skyrmions in a magnetic bilayer sample. Finally, we reveal the 70nm-pitch spin spiral in the multiferroic bismuth ferrite in real space and manipulate its propagation direction with electric fields. The insight gained from these studies will help to exploit the full capacity of thin film magnetic materials for spintronic application
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Lin, Haowen. "Realization and study of functional nano-circuits created by nanolithography on artificial multi-ferroic oxide heterostructures." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPASP076.
Full textAbstract:
L’électronique à base d’oxydes a attiré une attention significative en raison de sa riche variété de mécanismes applicables, tels que la commutation résistive et le gaz électronique bidimensionnel. Par ailleurs, les hétérostructures d’oxydes multiferroïques artificielles, combinant plusieurs propriétés ferroïques fonctionnelles, offrent plusieurs degrés de liberté et fonctionnalités pour les circuits. En intégrant ces deux stratégies, cette étude se consacre à l’élaboration et les caractérisations de circuits reconfigurables innovants basés sur des hétérostructures épitaxiés de FeOₓ (ou NiFe₂O₄)/BaTiO₃. Une étude approfondie préalable des propriétés ferroïques du système NiFe₂O₄/BaTiO₃ a non seulement permis d’établir une solide base pour la conception de circuits, mais a aussi révélé des propriétés magnétiques amoindries à l’interface, problème pour lequel un remède est proposé. Des études ultérieures de Microscopie Électronique de Photoémission par rayons X (XPEEM) indiquent que la polarisation par champ électrique peut induire une réduction chimique locale, augmentant potentiellement la conductance locale, ce qui est une condition préalable fondamentale pour la création de circuits reconfigurables. Par itération de tests électriques, d’analyses et d’améliorations, nous avons réalisé des dispositifs écrits par la microscopie à force piézoélectrique (PFM) dans des hétérostructures épitaxiés de FeOₓ (ou NiFe₂O₄)/BaTiO₃, où deux électrodes définies par lithographie sont connectées par un canal de conduction écrit avec une pointe de PFM polarisée. Ces dispositifs montrent un rapport de changement de résistance remarquable allant jusqu’à 9444\% dans le système FeOₓ/BaTiO₃. La modularité de la résistance avec la taille du dispositif indique un effet de commutation uniforme, essentiel pour les applications industrielles. Des mesures in situ et operando ont été développées et effectuées sur plusieurs lignes de lumière synchrotron pour examiner les modifications chimiques et structurelles locales lors de l'injection de courant. Curieusement, deux modèles de claquages distincts, dans le plan et hors du plan, ont été identifiés. Le claquage dans le plan est généralement caractérisé par la fusion des électrodes, l'agrégation de Ti et de Fe (observée par XPEEM et μ-cartographie par fluorescence des rayons X), et la dégradation de la cristallinité des multicouches sous l'électrode et le canal de conduction (révélée par μ-diffraction des rayons X). À l'inverse, le claquage hors du plan a montré plusieurs baisses de résistance significatives avec l'augmentation du courant injecté, sans variations structurelles ou chimiques apparentes dans le plan. Des investigations complémentaires ex situ par METHR (microscopie électronique en transmission à haute résolution) de la coupe transversale de dispositifs post mortem suggèrent que l'origine de la panne hors du plan est la formation de vias (chemins de conduction) à phase amorphe à travers la couche BaTiO₃ épitaxiée originale. Ces phénomènes offrent des perspectives uniques sur les effets de l'injection de courant et des pannes dans l'électronique à oxydes, ouvrant la voie à une optimisation ciblée pour renforcer la robustesse et la fiabilité des dispositifs à base d'oxydes<br>Oxide electronics have attracted significant attention due to their rich variety of applicable mechanisms, such as resistive-switching and 2D electron gas. Conversely, artificial multiferroic oxide heterostructures, combing multiple functional ferroic properties, offer several degrees of freedom and functionalities for circuits. By integrating these two strategies, this study focuses on pioneering novel reconfigurable circuits based on epitaxial FeOₓ (or NiFe₂O₄)/\ce{BaTiO₃} heterostructures. An initial thorough investigation into the ferroic properties of the NiFe₂O₄/BaTiO₃ system not only established a solid foundation for later circuits designs, but also unveiled the diminished magnetic properties at the interface, for which issue a cure is proposed. Subsequent X-ray Photoemission Electron Microscopy (XPEEM) studies indicate that electric field poling can induce local chemical reduction, potentially increasing local conductance, which is a fundamental prerequisite for designing reconfigurable circuits. Through iterations of electrical testing, analysis, and improvement, we realized devices written by piezoresponse force microscopy (PFM) in epitaxial FeOₓ (or NiFe₂O₄)/BaTiO₃ heterostructures, where two electrodes defined by lithography are connected by a biased-PFM-tip-written conduction channel. The devices demonstrate a remarkable resistance change ratio of up to 9444\% in the FeOₓ/BaTiO₃ system. The scalability of resistance with device size indicates a homogeneous switching effect, pivotal for industrial applications. In situ and operando measurements have been developed and performed at multiple synchrotron beamlines to investigate the local chemical and structural changes with current injection. Intriguingly, two distinct breakdown patterns, in-plane and out-of-plane, were identified. The in-plane breakdown is typically characterized by the melting of electrodes, aggregation of Ti and Fe (observed by XPEEM and μ-X-ray fluorescence mapping), and degradation of crystallinity of the multilayers both beneath the electrode and the conduction channel (revealed by μ-X-ray diffraction). Conversely, the out-of-plane breakdown pattern exhibited multiple significant resistance drops with increasing injected current, without apparent in-plane structural or chemical variations. Complementary ex situ HRTEM (High resolution transmission electron microscopy) investigations of the cross-section of post mortem device suggest that the origin of out-of-plane breakdown is the formation of amorphous-phase vias (conduction paths) through the original epitaxial BaTiO₃ layer. These phenomena offer unique insights into current injection and breakdown effects in oxide electronics, paving the way for targeted optimization to enhance the robustness and reliability of oxide-based devices
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Bloyet, Clarisse. "Métallophosphates bidimensionnels luminescents et magnétiques : relation structure-propriétés." Thesis, Normandie, 2018. http://www.theses.fr/2018NORMC241/document.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse concerne l’étude de nouveaux matériaux hybrides organiques-inorganiques lamellaires magnétiques et luminescents synthétisés par voie hydrothermale. Ces matériaux ont été obtenus à partir de sels de métaux de transition de configuration électronique 3d (Cu2+, Co2+, Mn2+, Zn2+) et de molécules organiques de basse symétrie constituées d’au moins un acide phosphonique greffé sur une plateforme rigide aromatique (phényle ou naphtalène). Le choix du cation métallique ainsi que l’ajout d’autres fonctions (halogène : F, Cl, Br, I, acide carboxylique ou méthyle) sur ces systèmes cycliques ont conduit à des matériaux hybrides bidimensionnels aux architectures et propriétés physiques (luminescence, magnétisme et/ou couplage magnétoélectrique) diverses. La compréhension du lien entre les propriétés structurales et physiques de ces métallophosphonates ouvre la voie vers la conception de nouveaux matériaux multifonctionnels originaux<br>This PhD work deals with the study of new lamellar magnetic and luminescent organic-inorganic hybrid materials synthesized by hydrothermal process. These materials were obtained from 3d transition metal salts (Cu2+, Co2+, Mn2+, Zn2+) and low symmetric organic molecules bearing at least one phosphonic acid function grafted onto a rigid aromatic platform (phenyl or naphthalene). The choice of the metal cation as well as additional functions (halogen: F, Cl, Br, I, carboxylic acid or methyl) on these cyclic systems led to two-dimensional hybrid materials with various architectures and physical properties (luminescence, magnetism and/or magnetoelectric coupling). Understanding the interconnections between the structural and physical properties of these metal phosphonates paves the way for the design of novel multifunctional materials
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Feng, Jiatai. "Low-energy excitations in some complex oxides by resonant inelastic X-ray scattering : RMnO3 (R = Tb, Dy) and Lu2V2O7." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066414.
Full textAbstract:
Les propriétés physiques intriguantes présentées dans certains oxydes complexes de métaux de transition sont attractives non seulement pour la recherche fondamentale, mais pour les applications, par exemple, la supraconductivité, la magnétorésistance colossale, la multiferroïcité. La forte corrélation électronique est à l'origine de ces comportements.La thèse contribue à la fois à l'effort expérimental de détermination de la structure électronique des systèmes fortement corrélés et à l'analyse critique des modèles théoriques les décrivant. Expérimentalement, le travail a porté sur la diffusion inélastique résonante des rayons X pour déterminer les excitations électroniques de basse énergie de l'état fondamental (excitations d-d, transfert de charge, etc.). Les expériences ont été effectuées sur la ligne de lumière SEXTANTS du synchrotron SOLEIL (France), en utilisant le spectromètre AERHA avec un haut pouvoir résolvant. L'analyse des résulats a été focalisée sur la détermination du champ cristallin des métaux de transition en jeu en utilisant la théorie des multiplets avec champ cristallin.Deux systèmes ont été étudiés: les composés multiferroïques RMnO3 (R = Tb, Dy) et un isolant de Mott ferromagnétique Lu2V2O7<br>The intriguing physical properties presented in some complex oxides of transition metals draw attention not only in fundamental research but also in applications, for instance, superconductivity, colossal magnetoresistance, multiferroicity. The strong electronic correlation is at the origin of these behaviours. The thesis is a contribution to both the experimental effort to determine the electronic structure of strongly correlated systems and the critical assesment of the theoretical models describing them. Experimentally, the work of is devoted to the investigations of the low-energy excitations (d-d excitations, charge transfer, …) of the ground state by resonant inelastic x-ray scattering. The experiments have been performed on the SEXTANTS beamline of SOLEIL synchrotron (France) using the high resolving power AERHA spectrometer. The analysis of the data has been focused on the determination of the the crystal field of the transition metal involved using the crystal field multiplets theory.Two systems have been investigated: the multiferroics RMnO3 (R = Tb, Dy) and the ferromagnetic Mott insulator Lu2V2O7
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Matsubara, Nami. "Trirutiles and multiferroic properties : exploring tellurates." Thesis, Normandie, 2018. http://www.theses.fr/2018NORMC223/document.
Full textAbstract:
Les matériaux multiferroïques magnétoélectriques (ME) présentant simultanément des propriétés couplées de ferromagnétisme et de ferroélectricité suscitent beaucoup d’attention, non seulement pour leurs applications (comme la RAM magnétique de nouvelle génération), mais aussi pour la compréhension de la physique relative à ce couplage. Le but de cette thèse était de découvrir et de caractériser de nouveaux composés potentiellement multiferroïques, d’où le choix des trirutiles inverses. Ce manuscrit présente l'étude détaillée du trirutile inverse Mn2TeO6 et quelques résultats sur la série substituée au chrome Mn2-xCrxTeO6. Les composés Mn2TeO6 et substitués sont préparés par réaction à l'état solide à relativement basse température (<700°C). De nombreuses expériences de diffraction de neutrons et de rayons-X ont été réalisées pour étudier les structures cristallines et magnétiques en fonction de la température (de 700°C à 1.5K), ces données ont été analysées en lien avec les caractérisations des propriétés magnétiques et électriques. Mn2TeO6 s’est révélé un matériau complexe et riche en transitions en fonction de la température. En température décroissante, Mn2TeO6 présente d’abord une transition d’une structure tétragonale (P42/mnm) à une double maille monoclinique (P21/c) vers 400°C due à l'effet Jahn-Teller. Une seconde transition très hystérétique apparait à plus basse température, avec la coexistence de deux phases monocliniques entre 45 et 100K. Des transitions magnétiques sont également observées par des mesures de susceptibilité magnétique et de diffraction neutronique. La structure cristalline à température ambiante met en évidence un ordre orbitalaire, dû au manganèse trivalent, complexe et inédit avec une alternance d’octaèdres MnO6 allongés et aplatis décrivant des chevrons. L’impact de l’effet Jahn-Teller induit par le manganèse trivalent est confirmé dans les composés substitués au Cr (avec x ≥ 0,15) qui conservent la structure quadratique sur toute la gamme de température<br>Magnetoelectric (ME) multiferroic materials, which present simultaneously two coupled properties between ferromagnetism and ferroelectricity, have attracted much attention recently, not only owing to their application perspectives, e.g., next-generation magnetic RAM, but also for the rich physics associated with the understanding of this coupling. Inverse trirutiles are of particular interest here since ME properties have been reported in this family of compounds. This manuscript presents the study of inverse trirutile Mn2TeO6 and its Cr-substitution series Mn2-xCrxTeO6. Mn2TeO6 and Cr-substituted series were prepared by solid state reaction at relatively low-temperature (< 700°C). Thanks to an extensive use of different techniques performed in a large temperature range (1.5K to 700°C), encompassing synchrotron, neutron and electron diffraction experiments combined with physical properties measurements, the very complex behaviour of Mn2TeO6 was revealed. A structural transition at 400°C from tetragonal (P42/mnm) to monoclinic (P21/c) is observed first, and related to a cooperative Jahn-Teller effect. Further cooling the sample, a hysteretic structural transition is observed spanning more than 50K, which leads to the coexistence of two monoclinic phases. A series of magnetic transitions are also observed between 48K and 22K, with magnetization, heat capacity measurement and neutron diffraction. Cr-substituted (x ≥ 0.15) samples crystallize in the tetragonal phase, implying the suppression of the cooperative Jahn-Teller effect, and involving a simpler, though short–range, magnetic order
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Hartmann, Cintia. "Développement du modèle d’ion polarisable pour la modélisation de BaTiO3." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLC012/document.
Full textAbstract:
Les composés à base de matériaux ferroélectriques présentent un large éventail de propriétés d'un grand intérêt fondamental et industriel. Ils possèdent un couplage entre la polarisation, la contrainte, le champ électrique et la température et trouvent application dans les dispositifs à l'échelle nanométrique. Les ferroélectriques sont aujourd'hui par exemple déjà utilisés dans les condensateurs, les mémoires, les capteurs et les actionneurs. Afin de comprendre la relation entre leurs propriétés physiques exceptionnelles et leur structure, des méthodes numériques capables de simuler à l'échelle nanométrique sont souhaitées. Pour ce faire, le modèle d'ions polarisables (PIM) est appliqué, modèle dans lequel les ions sont considérés comme des espèces polarisables possédant des charges nominales. En regard des techniques de modélisation actuelles, l'utilisation de charges nominales devrait faciliter l'inclusion de diverses compositions et l'étude des défauts et des effets de surface. Les paramètres du PIM sont dérivés par une procédure d'ajustement sur des données de références obtenues par des calculs avec la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Pour une première étape vers la modélisation ferroélectrique avec PIM, l'accent est mis sur le développement d'un potentiel d'interaction pour le prototype ferroélectrique BaTiO3. BaTiO3 présente une séquence complexe de transition de phase (rhomboédrique, orthorhombique, tétragonale, cubique) qui est liée à de petites différences d'énergie de l'ordre de quelques meV/unité de formule. Pour cette raison, le développement d'un potentiel d'interaction pour BaTiO3 nécessite une grande précision pour décrire correctement l’équilibre entre les interactions à courte et à longue portée. Il a été démontré au cours de ce travail que des effets asymétriques du nuage d'électrons par rapport au noyau seraient nécessaires pour une représentation précise des forces à courte portée. Puisque de tels effets ne sont pas inclus dans le PIM, des erreurs de compensation dans la procédure d'ajustement entre les interactions à courte et à longue portée sont permises afin d'obtenir le meilleur ajustement global. Le PIM développé pour BaTiO3 reproduit plusieurs propriétés à température nulle. À température finie, le PIM prédit que la phase rhomboédrique sera stable jusqu'à 160K. Dans la plage de température comprise entre 160K et 210K, de fortes fluctuations de la polarisation et des paramètres de maille sont observées et aucune phase bien définie ne peut être distinguée. A partir de 210K, la phase cubique paraélectrique est atteinte. Le modèle PIM développé dans cette thèse peut être appliqué à des études à basse température dans la phase ferroélectrique rhomboédrique. Il peut donc être utilisé pour étudier les effets de surface ou des lacunes d'oxygène dans la phase rhomboédrique de BaTiO3<br>Ferroelectric based compounds present a wide range of properties which are from great fundamental and industrial interest on nanoscale. Ferroelectric based compounds possesses strong coupling between polarization, stress, electric field and temperature and are nowadays already used in capacitors, memories, sensors, and actuators. In order to understand the relationship between microstructure and the outstanding properties, numerical methods able to simulate at nanoscale are disired. For this propose, the Polarizable Ion Model (PIM) is employed that treats the ions as polarizable species with nominal charge. In comparison to current modelisation techniques, the use of nominal charges should facilitate the inclusion of various materials composition and the study of defect and surface effects. The pametrization of the model is derived by a fit on ab initio DFT reference calculations. For a first step towards ferroelectric modelling with PIM, the focus lies on the developpment of an interaction potential for the prototyp ferroelectric BaTiO3. BaTiO3 presents a complex phase transition sequence (rhombohedral, orthorhombic, tetragonal, cubic) that is related to small energy differences of the order of some meV/formula unit. Thus, the development of a reliable interaction potential requires high precision and a correct description of the balance between short range and long range interactions. It has been demonstrated during this work that for an accurate representation of the short range forces asymmetric size effects of the electron cloud with respect to the nucleus would be necessary. As such size effects are not included in the PIM, compensation errors in the fitting procedure between short range and long range interactions are allowed in order to obtain the best global fit. The developed PIM model reproduces several zero temperature properties of BaTiO3. At finite temperature the PIM predicts the rhombohedral phase to be stable up to 160K. In the temperature range between 160K and 210K strong fluctuations in polarization and cell parameters are observed and no well-defined phase can be distinguished. From 210K on, the average paraelectric cubic phase is reached
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Issindou, Valentin. "Matériaux magnétostrictifs de nouvelle génération pour l’énergie." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAT083/document.
Full textAbstract:
Ces dernières années, les performances des matériaux multiferroïques ont beaucoup progressé avec les composites à deux phases : magnetostrictive et piézoélectrique. Les composites utilisent le couplage entre le magnétisme et la piézoélectricité par le biais de la magnétostriction. On obtient ainsi le contrôle de l’aimantation par le champ électrique électrique et à l’inverse celui de la polarisation électrique par un champ magnétique (ce qui nous intéresse ici). Cela pousse l’électronique vers des solutions plus vertueuses pour l’environnement avec une baisse de la consommation électrique des circuits (les commandes en courant sont remplacées par des commandes en tension) et le remplacement des piles d’alimentation, qui doivent être changées périodiquement, par des systèmes de récupération d’énergie pérenne. La récupération d’énergie est très présente avec l’Internet des Objets (IoT). Malgré leur performance, ces composites restent perfectibles, notamment au niveau de la phase magnetostrictive. Son optimisation est indispensable. Le matériau courant est le Terfenol-D à cause de sa magnétostriction géante, dans sa forme massive et monocristalline. Ce matériau historique demeure rare, cher, fragile et son procédé de tirage n’est pas adapté à la fabrication de dispositifs miniatures. Ce travail a donc porté sur l’étude comparative des voies de fabrication de disques miniatures de Terfenol-D pour la réalisation de récupérateurs d’énergie. Une étude de fond a été menée sur des séries de disques découpés dans des lingots d’alliages commerciaux (monocristallins et polycristallins). Ensuite, nous sommes tournés vers la méthode du frittage isotrope de poudre avec très peu de recul sur ce matériau. Le frittage conventionnel a conduit aux premiers disques fonctionnels sans découpe mais manquant de densité et de tenue mécanique. Ces défauts ont ensuite été corrigés grâce à la technique de SPS (Spark Plasma Sintering) mais la reproductibilité dans le temps reste à améliorer. Les disques de Terfenol-D (découpés et fabriqués) ont été assemblés avec la phase piézoélectrique (PZT commercial). Des caractérisations électriques par la méthode sans contact ont validé leur aptitude à récupérer de l’énergie, en proportion moindre quand on le compare au Terfenol-D monocristallin comme attendu, mais en quantité suffisante pour les applications ciblées. Enfin, une solution alternative a été explorée avec l’alliage magnétique à mémoire de forme NiMnGa offrant de très grandes déformations. Une perspective vers un bouton poussoir autonome sans fil est présentée en toute fin<br>In recent years, performances of multiferroïc materials have considerably improved with two-phase composites: magnetostrictive and piezoelectric. These composites take advantage of the coupling between magnetism and piezoelectricity through magnetostriction. Thus they allow control of magnetization with electrical voltage, and conversely, to get an electrical polarization depending on the magnetic field (our focus in this case). This drives electronics towards more environmental friendly solutions, namely with lower circuit power consumption (current controls are replaced by voltage controls) and the replacement of batteries, which must be periodically changed, by sustainable energy harvesting systems. Energy harvesting solutions are popular with the Internet of Things (IoT). Despite their performance, these multiferroïc composites remain perfectible, especially regarding the magnetostrictive phase. Its optimization is essential. The common material is Terfenol-D because of its giant magnetostriction, used in its massive and monocrystalline form. This material remains rare, expensive, fragile and its growing method is not adapted to the manufacturing of miniature devices. This work focuses on a comparative study of Terfenol-D miniature disk manufacturing pathways for the production of energy harvesters. A benchmark study was carried out on a series of disks cut in commercial alloy ingots (monocrystalline and polycrystalline). Next, the isotropic powder sintering method was investigated with very little background on this material. Conventional sintering led to the first functional disks needing no ulterior machining but with low density and mechanical strength. These defects were then corrected using the SPS technique (Spark Plasma Sintering) but the reproducibility over time has yet to be improved. The Terfenol-D disks (both cut and manufactured) were assembled with the piezoelectric phase (commercial PZT). Electrical characterizations using a contactless method have validated their potential to harvest energy, in lesser amounts than monocrystalline Terfenol-D as expected, but in a large enough quantity regarding most of applications. Finally, an alternative solution has been explored with NiMnGa shape magnetic alloys offering very large deformations. A perspective to a wireless autonomous push button prototype is presented at the very end
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Camara, Nimbo. "Croissance cristalline et étude par spectroscopie Raman des orthochromites de terres rares RCr03 (R=terre rare)." Thesis, Tours, 2019. http://www.theses.fr/2019TOUR4003/document.
Full textAbstract:
Les multiferroïques sont entre autres des matériaux possédant à la fois un ordre magnétique et un ordre ferroélectrique, le plus souvent couplés entre eux (couplage magnétoélectrique). Ce caractère multifonctionnel scientifiquement et technologiquement prometteur, rend ces matériaux plus attrayants, d’autant plus que l'aimantation peut être contrôlée par l'application de champ électrique, ou que la polarisation électrique peut être contrôlée par un champ magnétique. D’un point de vue technologique, ces matériaux ouvrent la voie à des applications dans les domaines de l’électronique de spins, des capteurs magnétoélectriques, des mémoires de stockage, … D’un point de vue scientifique, ce sont les questions fondamentales relative à la compréhension des mécanismes gouvernant la présence de l'ordre ferroélectrique dans un matériau magnétique, qui expliquent leur attractivité<br>Multiferroics are materials exhibiting in the same phase, at least two ferroics orders such as magnetism and ferroelectricity, which is furthermore extended when these orders are coupled (magnetoelectric coupling). This multifunctionality is scientifically and technologically promising, and makes multiferroics more attractive, especially since the magnetization can be controlled by the application of an electric field, or the polarization can be controlled by a magnetic field. From a technological point of view, these materials open pathways for many applications in spintronics, magnetoelectric sensors, data storage memories, ... From a scientific point of view, their attractiveness is explained by the fact that many fundamental questions related to the mechanisms of the occurrence of ferroelectricity in a magnetic material, are still unanswered
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Presle, Morgane. "Synthèse et propriétés d'hétérostructures moléculaires de type multiferroïque à base d'analogues du Bleu de Prusse." Phd thesis, Palaiseau, Ecole polytechnique, 2011. https://pastel.hal.science/docs/00/68/05/66/PDF/TheseMorganePRESLE.pdf.
Full textAbstract:
L'axe de recherche original que nous avons développé dans le cadre de ce travail de thèse visait à la réalisation et l'étude d'hétérostructures moléculaires photo-magnétiques dans des gammes de température susceptibles d'applications. L'approche proposée consistait à élaborer des hétérostructures de type multiferroïque constituées de deux phases, l'une piézomagnétique et l'autre photo-strictive, et d'exploiter le couplage entre ces propriétés pour permettre l'observation d'effets photo-magnétiques à des températures plus élevées que celles rapportées pour les matériaux monophasés. La couche photo-strictive peut se déformer sous irradiation lumineuse, générant des contraintes biaxiales dans la couche magnétique. Si celle-ci présente une forte réponse piézomagnétique, son aimantation peut être fortement modifiée. Les composés analogues du Bleu de Prusse semblaient particulièrement adaptés à l'élaboration de telles hétérostructures. L'objectif principal de ce travail de thèse était la croissance contrôlée de particules cœur-coquille à base de ces composés, en se focalisant sur la composition Rb0,5Co[Fe(CN)6]0,8. ZH2O pour la phase photo-déformable et Rb0,2Ni[Cr(CN)6]0,7. Z'H2O pour la phase magnétique. Nous avons développé un protocole permettant la maîtrise de la composition chimique de la coquille, limitant de fait l'interdiffusion à l'interface. Le second point était la caractérisation de l'arrangement structural au travers de l'interface, en cherchant à préciser les relations d'épitaxie et l'éventuel caractère polycristallin de la coquille. Pour finir, le changement des propriétés magnétiques des hétérostructures cœur-coquille sous irradiation lumineuse a été étudié<br>The originality of the project developed during this thesis was based on the synthesis and the study of photo-magnetic heterostructures in a temperature range convenient for applications. The approach consisted of developing multiferroic-like heterostructures that associate a piezomagnetic phase and a photo-strictive phase. The idea was to exploit the coupling of elastic origin between these properties, to allow the observation of photo-magnetic effects at temperatures higher than those reported for single-phase materials. The photo-strictive phase can deform under light irradiation, generating biaxial strain in the magnetic phase. If the piezomagnetic response of the latter is high enough, its magnetisation could be modulated, especially at the vicinity of the Curie temperature. In this project, we focused on molecular solids based on polycyanometallates, namely Prussian blue analogues, whose generic formula is AxM[M'(CN)6]y. ZH2O (where A is an alkali metal and M,M transition metals). The main objective of this work was the controlled growth of core-shell particles based on these Prussian Blue derivatives, focusing on Rb0,5Co[Fe(CN)6]0,8. ZH2O for the photo-strictive phase and Rb0,2Ni[Cr(CN)6]0,7. Z'H2O for the magnetic phase. We developed a protocol for controlling the chemical composition of the shell, thereby limiting interdiffusion phenomena at the interface. The second point was the characterisation of the structural arrangement across the interface, to clarify the epitaxial relationships and the polycrystalline nature of the shell. Finally, magnetisation changes under light irradiation were investigated
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Presle, Morgane. "Synthèse et propriétés d'hétérostructures moléculaires de type multiferroïque à base d'analogues du Bleu de Prusse." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00680566.
Full textAbstract:
L'axe de recherche original que nous avons développé dans le cadre de ce travail de thèse visait à la réalisation et l'étude d'hétérostructures moléculaires photo-magnétiques dans des gammes de température susceptibles d'applications. L'approche proposée consistait à élaborer des hétérostructures de type multiferroïque constituées de deux phases, l'une piézomagnétique et l'autre photo-strictive, et d'exploiter le couplage entre ces propriétés pour permettre l'observation d'effets photo-magnétiques à des températures plus élevées que celles rapportées pour les matériaux monophasés. La couche photo-strictive peut se déformer sous irradiation lumineuse, générant des contraintes biaxiales dans la couche magnétique. Si celle-ci présente une forte réponse piézomagnétique, son aimantation peut être fortement modifiée. Les composés analogues du Bleu de Prusse semblaient particulièrement adaptés à l'élaboration de telles hétérostructures. L'objectif principal de ce travail de thèse était la croissance contrôlée de particules cœur-coquille à base de ces composés, en se focalisant sur la composition Rb0,5Co[Fe(CN)6]0,8 . zH2O pour la phase photo-déformable et Rb0,2Ni[Cr(CN)6]0,7 . z'H2O pour la phase magnétique. Nous avons développé un protocole permettant la maîtrise de la composition chimique de la coquille, limitant de fait l'interdiffusion à l'interface. Le second point était la caractérisation de l'arrangement structural au travers de l'interface, en cherchant à préciser les relations d'épitaxie et l'éventuel caractère polycristallin de la coquille. Pour finir, le changement des propriétés magnétiques des hétérostructures cœur-coquille sous irradiation lumineuse a été étudié.
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Umugabe, Gilbert. "Enhanced magnetoelastic coupling in bulk magnetoelectric composites prepared by Laser Heated Pedestal Growth." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS502.
Full textAbstract:
Dans la recherche de matériaux magnétoélectriques (ME) présentant des performances ME élevées, nous étudions dans cette thèse certains mécanismes fondamentaux qui conduit au renforcement du couplage magnéto-élastique dans les composites MEs. Notre étude porte sur les composites particulaires 0-3 composés de phase magnétostrictive (MS) de CFO imbibée dans des matrices ferroélectriques (FE) suivantes : à base de Pb PZT, PMNPT et leur alternative sans plomb KNN et BTO. Nous démontrons que la technique Laser Heated Pedestal Growth (LHPG) peut être utilisé pour synthétiser des échantillons massives avec une microstructure texturée prononcée entre les phases FE et MS. Scanning electron microscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) et X-ray diffraction (XRD) sont utilisés pour caractériser systématiquement l’orientation des grains, la taille des grains and la qualité d’interface entre les différentes phases citées ci-avant. Une étude systématique par le biais de la spectroscopie Raman, les mesures de magnétisation M (H,T) et de chaleur spécifique C(T,H) nous ont permis de sonder le couplage magnéto-élastique directement dans les échantillons MEs. En combinant les analyses des données structurales et thermodynamiques précédentes, cela montre que la structure avec une texture prononcée dans les échantillons synthétisés par LHPG conduit à une forte augmentation de la réponse magnéto-élastique. Nous soutenons que ce résultat est très prometteur pour la conception des matériaux ME. Enfin, nous suggérons que l'étude de la chaleur spécifique précédent offre une sonde sans contact pour étudier le couplage spin-réseau de manière intrinsèque dans une large gamme de matériaux ME y compris les multiférroiques<br>In the search for magnetoelectric (ME) materials with enhanced ME performances, in the present thesis we investigate some fundamental mechanisms leading to an enhanced magnetoelastic coupling in artificial ME composites. We focus on 0-3 particulate composites made of a magnetostrictive (MS) phase CFO embedded in the following ferroelectric (FE) matrices: Pb-based PZT, PMNPT and alternative lead-free KNN and BTO. We demonstrate that the laser heated pedestal growth (LHPG) technique can be successfully used to grow high-quality bulk samples exhibiting a pronounced textured microstructure between the FE and MS phases. Scanning electron microscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (XRD) were used to characterise systematically grain orientation, grain size and quality of the interface between the FE and MS phases. A systematic study by means of Raman spectroscopy, magnetisation M(T,H) and field-dependent specific heat C(T,H) measurements enabled us to probe directly the magnetoelastic coupling in the ME samples. The combined analysis of the above structural and thermodynamic data consistently shows that the pronounced textured structure of the LHPG samples leads to an impressive enhancement of the magnetoelastic response. We argue that this result is very promising for ME material design. We finally propose that the above specific heat study offers a contactless probe to investigate the intrinsic spin-lattice coupling in a wide range of ME materials including multiferroics
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Polewczyk, Vincent. "Growth of hybrid piezoelectric/magnetostrictive systems for magnetic devices based on surface acoustic wave resonators." Thesis, Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0096/document.
Full textAbstract:
Le développement de matériaux avec différents ordres ferroïques couplés (multiferroïques) motive d’intenses activités de recherche. Une combinaison particulièrement intéressante est celle des paramètres d'ordre magnétique et électrique qui, dans le cas favorable où ceux-ci sont couplés, ouvre la voie au contrôle électrique de l’aimantation. Celui-ci peut être envisagé via la manipulation de la polarisation d’un ferroélectrique ou des déformations d’un piézoélectrique Les propriétés du matériau ferroélectrique/piézoélectrique peuvent être inversement modifiées par l’état d’aimantation, ce qui laisse envisager des applications dans le domaine des capteurs de champs magnétiques. Ce travail s’inscrit dans l’étude de systèmes piézoélectrique/ magnétostrictif, avec un intérêt spécifique porté à l’influence de l’aimantation sur les ondes acoustiques de surface (SAW) générées dans le dispositif. Nous avons ainsi déposé des couches polycristallines de Ni, des multicouches [Co/IrMn], ainsi que des couches épitaxiées de TbFe2 sur des substrats de Niobate de Lithium (LNO) de différentes orientations. Sur LNO Z-cut, la croissance de TbFe2 est réalisée en utilisant différentes couches tampons simples ou doubles qui permettent d’obtenir des directions de croissance [111] ou [110] avec des anisotropies magnétiques respectivement perpendiculaire et planaire. Sur des substrats de coupe 128Y et 41Y, la croissance s’avère beaucoup plus complexe mais il est néanmoins possible d’obtenir un film cristallisé de TbFe2 multidomaines avec des relations d’orientation 3D similaires à celles obtenus sur LNO Z-cut, que ce soit entre la couche magnétique et la couche tampon, ou entre la couche tampon et le substrat. Des dispositifs magnétiques à ondes acoustiques de surface (MSAW) ont été ensuite fabriqués dans une géométrie de résonateur permettant une interrogation à distance aisée. La fréquence de résonance des dispositifs MSAW est sensible à l’application d’un champ magnétique externe, via des effets statiques liés à l’orientation de l’aimantation sous champ et via des effets dynamiques d’origine magnétoélastique liés à l’excitation acoustique. Nous avons examiné les réponses magnéto-acoustiques des différents dispositifs, en corrélation étroite avec les propriétés magnétiques statiques, en particulier l’anisotropie, la coercivité et l’hystérèse. Un modèle piézomagnétique équivalent a été utilisé pour simuler certaines de ces réponses. De manière générale, nous montrons qu’un choix judicieux du matériau magnétique et le contrôle de ses propriétés permettent d’élaborer des capteurs spécifiques : un matériau magnétique doux permet de contrôler l’anisotropie de la réponse acoustique via la forme des IDT; un matériau magnétique dur ouvre la voie au développement de capteurs de forts champs magnétiques; un système à anisotropie d’échange dont on peut contrôler la réversibilité de la réponse magnétique permet d’envisager un capteur de champ magnétique hors plan<br>The development of materials with different coupled ferroic orders (multiferroics) drives an intense research activity. A particularly interesting combination is the case where magnetic and electrical orders are simultaneously present, which, in the favorable case where these are coupled, opens the way to the electrical control of magnetization. This can be achieved in manipulating the polarization in a ferroelectric or the strains in a piezoelectric compound. Ferroelectric or piezoelectric properties can inversely be influenced by the magnetic state, an interesting feature for the development of magnetic field sensors. This work aims in the investigation of piezoelectric/magnetostrictive systems, more especially in the role of the magnetization and of the magnetization versus field behavior on the surface acoustic waves (SAW). Polycristalline Ni films, [Co/IrMn] multilayers and epitaxial TbFe2 films have been deposited on Lithium Niobate (LNO) substrates of different orientations. On LNO Z-cut, various single or double buffer layers have been used to achieve the TbFe2 epitaxial growth, along either [111] or [110] directions and with either perpendicular or in-plane magnetic anisotropy. On LNO 128Y and 41Y substrates, the growth is more complex but it is nevertheless possible to obtain crystalline multidomains TbFe2 films with 3D orientation relationships similar to those obtained on LNO Z-cut, both between the magnetic and the buffer layers, and between the buffer layer and the substrate. Magnetic surface acoustic wave (MSAW) devices have been patterned in a resonator geometry that enables an easy wireless interrogation. The MSAW device resonance frequency is sensitive to an external magnetic field, both via static effects related to the field-induced magnetization changes, and via magnetoelastic dynamic effects related to the acoustic excitation. We have investigated the MSAW magneto acoustic responses of the various devices in close connection with the static magnetic properties, especially the anisotropy, the coercivity and the hysteresis. An equivalent piezomagnetic model could support some of these observations. We show more generally that the proper choice of magnetic material and the control of the magnetic properties helps to build up specific sensors: soft magnetic materials enable to tailor the anisotropy of the MSAW response by engineering the IDT’s shape; hard magnetic materials enable to achieve high field unipolar or bipolar field response; exchange-biased systems in which the reversibility of the magnetic response is achieved let envision the development of sensors for out-of-plane magnetic fields
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Quattropani, Alessandro. "Synthesis of ferroelectric oxides for photovoltaic applications." Thesis, Strasbourg, 2018. http://www.theses.fr/2018STRAD053/document.
Full textAbstract:
Dans ce travail, nous avons étudié la croissance de films d’oxydes Bi2FeCrO6 (BFCO) en utilisant les techniques de sol-gel et dépôt par laser pulsé (PLD). Dans le cas de la voie chimique, des précurseurs en solution ont été préparés, puis déposés par centrifugation sur des substrats de silicium (100) ou de quartz. Les nombreuses analyses structurelles (DRX) et d'imagerie (SEM, TEM) effectuées sur ces films BFCO ont montré que les films sont assez homogènes mais présentent de nombreuses phases parasites qui peuvent être éliminés partiellement par recuit thermique rapide. Des dispositifs tests à base de films BFCO par sol-gel ont été préparés et qui ont montré des propriétés électriques limitées à cause des nombreux défauts. Des films BFCO ont également été produits par la technique PLD sur des substrats STO et NbSTO. Les propriétés structurelles, optiques et électriques sont présentées. La diffusion épitaxiale de haute qualité et les films en phase pure sont démontrés par diffraction des rayons X. Nous avons étudié l'évolution de paramètres tels que la bande interdite en fonction des conditions de croissance, montrant qu'elle peut être ajustée de 1, 9 à 2,6 eV. Ce comportement a été corroboré par des calculs théoriques sur l’arrangement atomique dans la structure BFCO. Les propriétés ferroélectriques sont étudiées par microscopie à force piézoélectrique. La lumière s'est avérée avoir un effet sur la polarisation. Il a également été démontré que la mémoire de la polarisation affecte la réponse photovoltaïque. Enfin, des dispositifs basés sur BFCO sont fabriqués et leurs propriétés photovoltaïques sont analysées. Des valeurs de tension de circuit ouvert de 600mV sont encourageantes pour la nouvelle génération de cellules solaires<br>In this work, we have produced Bi2FeCrO6 oxides (BFCO) by sol-gel technique and pulsed laser deposition (PLD). By sol-gel, precursors in solution were prepared, which are then deposited by centrifugation on silicon or quartz substrates. The numerous structural (XRD) and optical images (SEM, TEM) analyses carried out on these BFCO films show that the films are fairly homogeneous but exhibit many parasitic phases, which they can be partly eliminated by rapid thermal annealing. Finally, we present the first results obtained on BFCO-SG perovskite devices. On the other hand, BFCO films were deposited on STO and Nb:STO substrates. Their structural, optical and electrical properties are presented. High-quality epitaxial growth and pure-phase films are demonstrated by X-ray diffraction. We show that the band gap of the PLD-BFCO films can be tuned from 1, 9 to 2.6 eV thanks to the variation of growth conditions. Theoretical calculations has confirmed the observed behavior and highlight the importance of the ordering phase. The ferroelectric properties of the PLD films are studied by the piezoresponse force microscopy. Illumination is shown to have a strong effect on polarization. We show that the polarization memory affects the photovoltaic response. Finally, devices based on BFCO are manufactured and their photovoltaic properties are analyzed
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El, Amrani Mohamed. "Synthèse et caractérisation spectroscopique d oxydes multiferroïques.Y1-xInxMn1-yFeyO3 et RCrO3 (R = terre rare)." Thesis, Tours, 2014. http://www.theses.fr/2014TOUR4046/document.
Full textAbstract:
Dans les multiferroïques coexistent au moins deux ordres ferroïques différents (ferromagnétique, ferroélectrique, ferroélasticité et ferrotoroïdicité) ou anti-ferroïques. Ces différentes propriétés peuvent être couplées ou non. Parmi ces matériaux, les plus étudiés sont ceux présentant un ordre magnétique et un ordre ferroélectrique. La présence d’un couplage magnétoélectrique entre ces deux ordres, permet de contrôler la polarisation par l’application d’un champ magnétique et inversement. Cependant très peu de ces matériaux ont des températures de transition supérieures à la température ambiante. Ces matériaux multiferoïques peuvent être séparés en deux catégories : la première regroupe les matériaux où les transitions des deux ordres sont indépendantes ; la deuxième regroupe les matériaux dont la transition ferroélectrique est liée à la mise en ordre magnétique. Dans cette thèse nous nous sommes intéressés à deux types d’oxyde multiferroïques dont l’un appartient à la première catégorie (YMnO3) et l’autre à la deuxième (RCrO3)<br>In multiferroics, at least two different ferroic orders coexist (ferromagnetic, ferroelectric, ferroelastici and ferrotoroidici) or anti-ferroic. These different properties can be coupled or not. Among these materials, the most studied are those with magnetic and ferroelectric orders. The presence of magnetoelectric coupling between these two orders, allows one to control the polarization by the application of a magnetic field and vice versa. However very few of these materials have transition temperatures above room temperature. These multiferoics materials can be separated into two categories : the first one includes the materials where the transitions of both orders are independent ; the second comprises the materials the ferroelectric transition of which is related to magnetic ordering. In this thesis we have studied two types of multiferroic oxides, one belongs to the first category (YMnO3) and the other to the second (RCrO3 )
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Dusch, Yannick. "Nano-Système Magnéto-Électro-Mécanique (NMEMS) ultra-basse consommation pour le traitement et le stockage de l'information." Phd thesis, Ecole Centrale de Lille, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00697174.
Full textAbstract:
Avec le développement des nouvelles technologies de l'information et de la communication (NTIC), la consommation énergétique des systèmes de traitement et de stockage de données est devenue un problème majeur. Les limites des systèmes actuels à cet égard impliquent le besoin de technologies de rupture ultra-basse consommation.Cette thèse propose une approche originale de cette problématique, basée sur l'utilisation d'un élément magnétoélectrique composite (piézoélectrique/magnétostrictif) bistable et commandable de façon univoque, baptisé MELRAM.L'étude énergétique statique montre que la combinaison d'une anisotropie uni-axiale et d'un champ de polarisation magnétique statique définit deux positions d'équilibre stables perpendiculaires pour l'aimantation dans la partie magnétostrictive. L'application de contraintes piézoélectriques sur celle-ci permet de contrôler électriquement la position de l'aimantation. L'étude énergétique du système permet également de montrer la stabilité du système à long terme (10 ans), dans une large gamme de températures autour de l'ambiante, avec une barrière énergétique de 60kBT. L'étude dynamique, utilisant le modèle du macrospin, permet quant à elle d'exhiber un temps de réponse inférieur à 1ns. L'énergie dissipée lors de l'écriture, d'origine électrique et magnétique, est évaluée à 261kBT (1,1aJ), soit quatre ordres de grandeur en dessous de l'état de l'art.Plusieurs stratégies de lecture par vanne de spin et jonction tunnel magnétique sont proposées et commentées. Les premières réalisations d'éléments nanométriques magnétostrictifs sont présentées ainsi qu'une solution de polarisation magnétique intégrée par aimant permanent.
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Liu, Hongbo. "Investigation of new multiferroic materials with coexistence of several ferroic and structural instabilities." Phd thesis, Ecole Centrale Paris, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00711475.
Full textAbstract:
Multiferroics are currently intensely investigated because the coexistence and coupling of ferroic arrangements brings about new physical effects and, for the few room-temperature examples, interesting prospects for applications in various fields. This interest is illustrated by the recent publication of several articles on multiferroics in high impact reviews over the last five years. The main goal of the thesis was to look for new multiferroics by exploiting overlooked and original polar and magnetic arrangements. We more precisely investigated compounds based on lead iron tungsten PbFe2/3W1/3O3 (PFW) and lead zirconate PbZrO3 (PZO) oxides. PFW displays long- and short-range both polar and magnetic orders (ferroelectric-relaxor and antiferromagnetic-spin-glass) while PZO is antiferroelectric with antiferrodistorsivity (oxygen tilts) and existence of ferroelectric instabilities. Combining various techniques from synthesis to electric, magnetic and structural characterizations, we demonstrated that it is possible to get a multiferroic compound (50%PFW-50%PZO) with coexistence of multiple ferroic and structural arrangements with room temperature properties of practical interest. This work opens new prospects in this rich field of multiferroics in peculiar by using antiferroelectrics.
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Ciomaga, Hatnean Monica. "Synthèse et étude de composés Ga₂₋ₓFeₓO₃". Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00868789.
Full textAbstract:
Une sous-classe intéressante de matériaux multiferroïques est celle des composés multiferroïques magnétoélectriques, dans lesquels il existe un couplage entre les paramètres d'ordres ferroïques (magnétique et électrique). De ce point de vue, la classe des matériaux Ga₂₋ₓFeₓO₃ a attiré l'attention des chercheurs. Ces composés sont actuellement connus pour leur température de transition élevée ainsi que pour l'interaction possible entre leurs propriétés ferrimagnétiques et piézoélectriques. Leur structure cristallographique et magnétique est assez complexe, du fait du désordre de substitution interne Fe/Ga. Les oxydes M₂Ga₂Fe₂O₉ (M=In, Sc) appartiennent à cette même famille de matériaux et ont été synthétisés pour la première fois afin d'obtenir une structure cristallographique ordonnée de GaFeO₃. Afin d'étudier les propriétés physiques de ces différents composés, nous avons synthétisé par la méthode de la zone flottante (au four à image), en utilisant différentes conditions de croissance, des monocristaux de composition Ga₂₋ₓFeₓO₃ (x=0.90, 1.00 et 1.10). Nous avons également élaboré des échantillons polycristallins de composés GaFeO₃ faiblement dopés en indium ainsi que le composé M₂Ga₂Fe₂O₉ (M=In, Sc). Nous avons enfin préparé de monocristaux de composition In₂Ga₂Fe₂O₉ par la méthode de croissance en flux. L'affinement Rietveld des diffractogrammes des rayons X et des neutrons nous a permis de montrer que les céramiques de GaFeO₃ faiblement dopées en indium et les monocristaux de Ga₂₋ₓFeₓO₃ cristallisent dans le groupe d'espace Pc2₁n. Les paramètres cristallins et la température de Néel caractéristiques pour les monocristaux de Ga₂₋ₓFeₓO₃ varient de manière linéaire avec la teneur en fer. Les affinements nous ont permis de conclure que la structure de ces composés est caractérisée par un désordre élevée (25% de la quantité du fer se trouve sur les sites natifs du gallium). L'incorporation graduelle de l'indium s'accompagne d'une augmentation du volume de la maille ainsi qu'à une diminution de la température de transition magnétique. Le spectre d'excitations magnétiques mesuré pour les cristaux de Ga₂₋ₓFeₓO₃ nous a permis de mettre en évidence une coexistence de l'ordre ferrimagnétique à longue portée et d'un signal de diffusion diffuse en-dessous de la température de Néel. Ce signal diffus suggère l'existence d'une composante de type verre de spin du fait du désordre interne des sites. L'étude de la variation thermique de la constante diélectrique sur un cristal de GaFeO₃ révèle l'absence d'un couplage magnétoélectrique au sein de ces matériaux. L'affinement Rietveld des diagrammes de diffraction des rayons X et des neutrons mesurés sur les poudres de M₂Ga₂Fe₂O₉ (M=In, Sc) révèle une structure orthorhombique de type Pba2 fortement désordonnée, avec quatre sites cationiques d'occupation mixte. Les données de susceptibilité DC et AC couplées avec les mesures de chaleur spécifique et les spectres Mössbauer indiquent, en-dessous d'une température de Tg ≈ 19 K, l'existence d'un état fondamental de type verre de spin dans ce système. Les mesures du spectre d'excitations magnétiques ont mis en évidence l'absence d'ordre magnétique à longue portée et confirment l'existence d'une transition d'un état paramagnétique vers un état verre de spins. L'existence d'un comportement de type verre de spin dans les systèmes Ga₂₋ₓFeₓO₃ et M₂Ga₂Fe₂O₉ (M=In, Sc) souligne l'importance du désordre interne pour la caractérisation de l'état fondamental magnétique.
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Al, Baalbaky Ahmed. "Modélisation des propriétés magnéto-électriques d'oxydes de métaux de transition anisotropes." Thesis, Normandie, 2017. http://www.theses.fr/2017NORMR095/document.
Full textAbstract:
Les oxydes de métaux de transition sont largement utilisés en raison de leurs propriétés fondamentales intéressantes et de leurs applications importantes. En particulier, CuCrO2 est d’un intérêt particulier parce qu’il possède un état multiferroïque en absence de champ magnétique. Dans cette thèse, nous modélisons les propriétés magnéto-électriques de CuCrO2 par simulations Monte Carlo basées sur des paramètres magnétiques déterminés par calculs ab initio. Nous étudions également l’effet du dopage du Ga sur les propriétés magnéto-électriques du composé CuCr1-xGaxO2 (0 ≤ x ≤ 0:3). Nos résultats sontqualitativement en accord avec les observations expérimentales<br>Transition metal oxides are widely used due to their interesting fundamental properties and important applications. In particular, CuCrO2 is of special interest because it enters the multiferroic state in zero magnetic fields. In this thesis we model the magnetoelectric properties of CuCrO2 using Monte Carlo simulations with the help of ab initio calculations.We also investigate the effect of Ga doping on the magnetoelectric properties of CuCr1-xGaxO2 (0 ≤ x ≤ 0:3). Our results are well comparable to the experimental observations
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Thomasson, Alexandre. "Ordres électriques et magnétiques dans le composé magnétoélectrique GaFeO3 : optimisation par dopage." Phd thesis, Université de Strasbourg, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01065858.
Full textAbstract:
Les concepts de matériaux multiferroïques et/ou magnétoélectriques permettent d'envisager de nouveaux dispositifs de mémoires plus performants et moins consommateurs d'énergie. Malheureusement de tels matériaux présentant ces propriétés à température ambiante ne sont pour l'instant pas disponibles. Les matériaux qui font l'objet des études présentées dans ce manuscrit, les ferrites de gallium Ga2-xFexO3, 0,7 ≤ x ≤ 1,4, sont d'excellents candidats. Le présent travail de thèse en a étudié les propriétés électriques, tant sur matériaux massifs que couches minces. Nous avons mesuré une polarisation sur composés massifs du même ordre de grandeur que celle précédemment déterminée par calculs ab initio. Une considérable réduction des courants de fuite habituellement observés en couches minces a été possible grâce à la substitution de Fe2+ par Mg2+. Une polarisation réversible et un effet magnétoélectrique ont alors pu être mis en évidence. Compte tenu du caractère ferrimagnétique à température ambiante des couches minces considérées, ceci constitue la première manifestation d'un matériau multiferroïque et magnétoélectrique à réel intérêt applicatif.
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Demchenko, Anna. "Investigation of the potential offered by gallium iron oxide thin films in terms of multiferroicity." Thesis, Strasbourg, 2015. http://www.theses.fr/2015STRAE013/document.
Full textAbstract:
Les matériaux multiferroïques et/ou magnétoélectriques sont riches en promesses de nouvelles applications, comme par exemple des mémoires quatre états à densité accrue ou des mémoires magnétoélectriques à faible consommation d’énergie. Ces promesses restent cependant pour l’instant lettres mortes en raison du très faible nombre de matériaux présentant ces propriétés à température ambiante, et des forts courants de fuite qu’ils présentent en couches minces. Cette thèse porte sur un matériau prometteur en termes d’applications, car magnétoélectrique et ferrimagnétique à température ambiante, le ferrite de gallium de composition Ga0.6Fe1.4O3 (GFO).Nous avons démontré la possibilité de réduire les courants de fuite et moduler à volonté le type de conduction n ou p dans les couches minces de cet oxyde transparent, semi-conducteur, et magnétique, par dopage par des ions Ni2+. Une optimisation de la croissance de GFO par pulvérisation cathodique a par ailleurs montré qu’il était possible de le déposer sous champ électrique, ce qui ouvre d’intéressantes perspectives pour l’optimisation de la polarisation électrique des couches minces<br>The multiferroic and/or magnetoelectric materials are full of promises in terms of new applications, such as for example higher density four state memories or lower power consuming magnetoelectric memories. These promises are however actually put off because too few materials present these properties at room temperature and because their thin films present too high leakage currents. This thesis focusses on a room temperature magnetoelectric and ferrimagnetic material promising in terms of applications, the gallium ferrite Ga0.6Fe1.4O3 (GFO).We have demonstrated the possibility to strongly reduce the leakage currents and perfectly tune from n to p the conduction type in transparent, semi-conducting, and magnetic thin films of GFO through Ni2+ doping. The optimization of the growth of GFO thin films by sputtering has moreover shown the possibility of deposition under an electric field, which opens ways to control of the electric polarization of the films