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Accueil > Équipes > FINANO > Thématiques > OR3 : Couplage magnéto-mécanique

Couplages magnétomécaniques

par Damien Faurie - publié le

Membres : Fatih Zighem, en collaboration intra-équipe avec : Damien Faurie, Mohamed Belmeguanai
Nous avons testé en tension ou flexion plusieurs systèmes magnétiques flexibles, détaillés par la suite. Dans un premier temps, nous avons développé un appareillage couplant test de déformation, résonance ferromagnétique et corrélation d’image numérique. Nous pouvons ainsi dans la même expérience suivre le comportement magnétique (dynamique de l’aimantation) et le comportement mécanique (champ de déformation). Cette méthode permet de suivre l’évolution des anisotropies sous déformation mais aussi de déterminer le coefficient effectif de magnétostriction des films étudiés (parfois méconnus voire inconnus pour certains alliages). Nous avons par ailleurs étudié de nombreux films minces de matériaux en vogue dans le domaine de la spin-électronique (alliages Heuslers, CoFeB, …) sous sollicitations mécaniques (par le biais d’essais de courbure ou de piezo-actionnement) par résonance ferromagnétique. Les premières études ont été effectués sur des films minces de Co2FeAl déposés sur substrat de polyimide. Nous avons ainsi pu déterminer les propriétés de magnétostriction de ces alliages qui intéressent fortement la communauté. Nos mesures ont permis de quantifier le champ d’anisotropie magnétique pour plusieurs états de déformation. Nous voyons en figure XXX l’anisotropie caractérisée par la dépendance angulaire dans le plan du champ de résonance, pour deux états extrêmes (opposés) de déformation. Nous avons validé la technique lors de quelques projets financés (PEPS CNRS, BQR, Alliance NUS-USPC), et nous avons également généralisé le formalisme aux sollicitations plus complexes (multiaxiale). Nous avons par exemple proposé l’application de cette méthode pour des courbures non-uniaxiales et pour des épaisseurs plus grandes (quelques centaines de nanomètres) pour lesquelles l’hypothèse simple d’axe de fibre neutre à mi-substrat souple n’est plus valable. De plus, nous avons identifié la nature magnétoélastique de l’anisotropie magnétique de systèmes flexibles souvent rencontrée dans la littérature. Par ailleurs, nous avons lancé une collaboration avec le Laboratoire Itodys et l’équipe NINO pour la fabrication de systèmes magnétoélectriques à base de nanoparticules d’oxydes ferromagnétiques dans des polymères ferroélectriques PVDF (projets émergeant et structurant du Labex SEAM et projet USPC). Les avancées ont porté sur la fabrication de ces systèmes ainsi que sur les liens entre propriétés mécaniques et propriétés magnétiques statiques. Des efforts sur l’optimisation du couplage magnétoélectrique sont en cours, en lien avec l’architecture des systèmes (densité de nanoparticules, morphologie, taille des nanoparticules) envisageable par les procédés de chimie douce. Par ailleurs, depuis deux ans, nous nous dirigeons graduellement vers les nanostructures lithographiées sur substrats souples. C’est l’objet d’une collaboration entamée en 2015 avec Adekunle Adeyeye (NUS Singapour) avec qui nous avons eu deux projets financés via l’alliance USPC/NUS et avec qui nous avons déposé un projet ANR PRCI. Des nanostructures magnétiques (nanofils et antidots (films « troués » périodiquement) de CoFeB et NiFe ont déjà été étudiées par FMR et déformation in situ. Le but est de fabriquer des structures magnoniques (réseau périodique de nanostructures magnétiques) sur substrat flexible et d’en optimiser les propriétés. Celles-ci sont élaborées par lithographie interférentielle à NUS. Les premiers résultats montrent qu’il est possible d’ajuster par les déformations les champs de résonance des différents modes de résonance magnétique de ces réseaux de nanostructures. Ces résultats sont pour l’instant inexistants dans la littérature et en cours de publication. Toutefois, des questions demeurent : quelle est la transmission des déformations du substrat au film lorsque les tailles latérales sont du même ordre que l’épaisseur ? Quel est alors l’effet sur l’aimantation ? Comment se comportent ces objets à plus grandes déformations ? Concernant les deux premières questions, nous avons quelques éléments de réponses par une modélisation per éléments finis nouvelle développée sous Comsol® présentant une implémentation des équations de la LLG (Landau-Lischfitz-Gilbert) décrivant la dynamique de l’aimantation, en collaboration avec M. Haboussi (MER). L’objectif global maintenant est de fabriquer et d’optimiser des cristaux magnoniques sur substrats flexibles, et d’étudier l’effet des grandes déformations sur les fonctionnalités magnétiques, ce qui constituera le cœur du projet des 5 années à venir.