Matériaux fonctionnels et magnétisme

Responsable : Jean Juraszek

Membres de l’équipe : J. Juraszek (MCF), J. M. Le Breton (PR), L. Lechevallier (MCF), M. Calvo-Dahlborg (CR), R. Lardé (MCF), F. Richomme (MCF) , U. Dahlborg (PR émérite), A. Fnidiki(PR), M. Jean (MCF), S. Jouen (MCF), V. Nachbaur (MCF), S. Chambreland (IR)

Nous disposons du plus grand parc instrumental au niveau national de spectroscopie Mössbauer. Citons par exemple notre cryogénérateuréquipé d’une bobine supraconductrice, permettant de réaliser des expériences de spectrométrie Mössbauer en transmission sous champ magnétique (jusque 7 T) et à très basse température (jusque 1,8 K).  Ceci ouvre la voie à de nouvelles expériences inédites permettant de révéler la structure magnétique complexe d’oxydes ou d’alliages à base de fer (canting, sperromagnétisme,…). L’adaptation du dispositif aux couches minces par détection de rayonnement X rétrodiffusés sera notre prochain challenge instrumental. 

 

Oxydes fonctionnels pour la spintronique et l’oxitronique  

Les activités sur les films minces d’oxydes de fer, initiées sur le multiferroïque BiFeO3 en collaboration avec l’UMphi Thalès et l’université USNW de Sydney, sont poursuivies et étendues à d’autres types d’oxydes tels que des spinnelles CaFe2O4 dans le cadre d’une nouvelle collaboration avec le groupe de Beatriz Noheda à l’université de Gröningen. De par son extrême sensibilité, la spectrométrie Mössbauer par électrons de conversion nous place en position unique pour sonder les propriétés antiferromagnétiques de films minces dont l’épaisseur (quelques nanomètres) est beaucoup trop faible pour une caractérisation par diffraction neutronique par exemple. 

 

Matériaux pour l’énergie et l’environnement  

Nous étudions en collaboration avec le laboratoire CRISMAT des matériaux thermoélectriques à base de sulfures du cuivre ternaires et quaternaires. L’objectif est l’étude approfondie de la liaison chimique et de la mise en ordre magnétique en lien avec les propriétés thermoélectriques exceptionnelles récemment découvertes dans les composés stannoiditeCu8Fe3Sn2S12 et germanite Cu22Fe8Ge4S32, grâce à la sensibilité inégalée de la spectroscopie Mössbauer en tant que sonde locale de l’environnement chimique et magnétique des éléments fer et étain. Une autre activité porte sur la recherche de nouveaux photocatalyseurs pour la production d’H2. L’objectif est ici d’exploiter les propriétés magnétoélectriques d’oxydes de fer bimétalliques pour améliorer le rendement de photodissociation solaire de l’eau par application d’un champ magnétique. La spectrométrie Mössbauer est une nouvelle fois utilisée pour sonder l’environnement local des atomes de fer (état de valence, magnétisme) avec comme perspective le développement instrumental d’une cellule porte-échantillon pour des expériences sous irradiation lumineuse in situ.

 

Recyclage des aimants permanents

Nous avons mis au point des procédés originaux (bervetés) pour le recyclage des aimants permanents. Nous poursuivons ces activités à fort potentiel en tentant d'optimiser la nature des produits issus de nos traitements pour une réutilisation optimale des phases magnétiques. 

 

Alliages à haute entropie

Nos activités sur les alliages à haute entropie portent sur les propriétés magnétiques et magnétocaloriques. Ces alliages multi-composants sont, contrairement aux alliages classiques, constitués d’éléments tous majoritaires, en composition équi-atomique ou proche. Le challenge est de déterminer, pour des éléments choisis (dont Fe, Co, et Ni), les phases en présence qui détermineront les propriétés physiques. Nous avons montré que le calcul de la structure électronique permet de prévoir trois domaines de phases. L'objectif est, pour des éléments spécifiques à enjeux écologique et industriel, de relier la variation fine de la structure des alliages à la variation de la zone de Brillouin et de prédire, pour n’importe quels éléments d’alliage, les propriétés mécaniques et magnétiques.