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Magnétisme et Nanomatériaux Magnétiques

(Contact : L. Bessais)

 

 

Chercheurs permanents

E. Alleno, L. Bessais, J.-C. Crivello, J. Moscovici, V. Paul-Boncour, K. Provost, K. Zehani.

 

   

    Un matériau à structure nanométrique présente un comportement nouveau par rapport au matériau massif, du fait de sa forte fraction d’atomes de surface induisant une réactivité élevée et de sa dimension de l’ordre de grandeur, ou inférieure à une longueur de corrélation caractéristique de la nature des propriétés étudiées.

Dans le cas des matériaux magnétiques, la taille d’une particule devient inférieure à l’épaisseur de paroi de domaines magnétiques ou de l’ordre de la longueur d’échange.

Cependant, le contrôle des dimensions et de l’architecture du matériau reste délicat en raison du caractère métastable.

Un défi important est donc de maîtriser la composition et les dimensions de ces matériaux dans le but de comprendre leur organisation, ainsi que les mécanismes régissant leur comportement dans une approche de recherche fondamentale, pour coordonner plus facilement l’amélioration de leurs propriétés résultantes.  

   

Les intermétalliques à base de terres rares (R) et métaux de transition (M) présentent un intérêt tant dans le domaine de la recherche fondamentale que pour leurs applications potentielles dans le domaine des aimants permanents ou de l’enregistrement magnétique.

La terre rare apporte la forte anisotropie magnétique, le métal de transition est responsable du ferromagnétisme à haute température.

Dans certains composés R-M, le fort couplage entre moments de M et moments de R permet d’associer les propriétés recherchées.

C’est le cas des composés SmCo5 ou Nd2Fe14B, à la base des principales familles d’aimants à haute performance.  

   

   

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Différentes applications des aimants permanants (AP). Moteur à AP. Enregistrement magnétique à haute densité.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

  L’anisotropie magnétocristalline uniaxiale se rencontre également parmi les composés riches en M, avec une stœchiométrie R:M égale à 1:12, 2:17, 3:29, 1:3 et 2:7, de structures apparentées à la structure hexagonale RM5 de type CaCu5.

Dans le cas des composés à base de fer, pour les terres rares de coefficient de Stevens positif (caractéristique de l’asphéricité du nuage électronique de la terre rare), les structures 1:12 et 3:29 qui doivent être stabilisées par un troisième élément M’ (Ti, V, Mo) présentent cette anisotropie uniaxiale.

Dans le cas de la structure 2:17, elle est obtenue en insérant un élément léger dans la maille.

Tous ces composés peuvent répondre aux critères intrinsèques requis de température de Curie et d’aimantation à saturation élevées.

En revanche, une microstructure, responsable d’un champ coercitif important, doit être recherchée.

L’insertion d’éléments légers comme l’hydrogène permet aussi de modifier fortement les propriétés magnétiques des composés intermétalliques, comme la structure magnétique, la température d’ordre et les moments des métaux de transition.

L’absorption d’hydrogène dans les phases de Laves RFe2 ou les composés La(Fe,Si)13 permet d’induire ou d’améliorer des propriétés magnétocaloriques, particulièrement intéressantes pour les applications de réfrigération magnétique ou de pompes à chaleur.