Elaboration de composites multiférroïque et caractérisation de l'effet magnétoélectrique

Multiferroical composite elaboration and magnetoelectric characterization

• Auteur / Autrice : Victor Morin
• Direction : Martino Lo Bue
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 09/12/2015
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Systèmes et applications des technologies de l'information et de l'énergie (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2002-....)
• Jury : Président / Présidente : Salim-Mourad Cherif
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Martino Lo Bue, Salim-Mourad Cherif, Laurence Méchin, Guy Feuillard, Vincent Loyau, Souad Ammar, Philippe Lecoeur, Brahim Dkhil
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurence Méchin, Guy Feuillard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ferrites (matériaux magnétiques)

Composites

Champs magnétiques

Mots clés libres

Ferrite

Magnétoélectrique

Composite

Ferrite

Magnetoelectric

Composite

Résumé

L'effet magnétoélectrique (ME) est la modification de la polarisation électrique par l'application d'un champ magnétique (effet ME direct), ou bien la modification de l'aimantation magnétique par l'action d'un champ électrique (effet ME inverse).L'utilisation de matériaux composites permet de reproduire de manière extrinsèque cet effet. Le couplage mécanique entre des matériaux magnétostrictifs et piézoélectriques fournit un effet ME extrinsèque plus important à température ambiante que celui fournit intrinsèquement. Nous avons dégagé (théoriquement et expérimentalement) différentes caractéristiques de matériaux nécessaires à l'obtention d'un effet ME important et justifé l'utilisation de ferrite et de PZT dans les composites ME. Nous expliquons dans cette thèse, les méthodes de fabrications des différentes géométries de composites étudiées (empilement de couches ou bien inclusions d'une phase dans l'autre). En particulier, l'utilisation du frittage non conventionnel par Spark Plasma Sintering, pour améliorer le couplage mécanique y est abordée. En nous focalisant sur la géométrie en multicouche, nous avons montré l'importance de facteurs tels que le champ démagnétisant ou encore la symétrie de la structure. Nous présentons un prototype de capteur de courant utilisable en génie électrique. Nous en avons montré sa bonne linéarité et sensibilité, mais aussi ses défauts en terme de bande passante.

The magnetoelctric (ME) response consists in the modification of the electric polarization by an applied magnetic field (direct effect) or the modification of the magnetic polarization by an applied electric field (inverse effect). Intrinsic multiferroics are rather uncommon and the effect is often weak at room temperature. An alternative route to achieve ME effect, consists in using magnetostrictive and piezoelectric materials and coupling the two phases by mechanical stress. We draw (theoretically and experimentally) some material characteristics to achieve an importantME effect, which justify the use of ferrite and PZT. We describe the production process of the two studied connectivity schemes (stack of layers or inclusion of a phase in another). We focus on the sintering by Spark Plasma Sintering as a potential improvement of the mecanical bonding. We devoted a part of our work on multilayer composite and showed the importance of some factors such as the demagnetizing effect or the symmetry of the structure. We introduce a current sensor prototype suitable for electrical engineering application. We showed its good linearity and sensitivity but also some effects of its bandwidth.