Thèse soutenue

Couches minces à base d’oxyde multiferroïque appliquées à la réfrigération magnétique

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Auteur / Autrice : Hamza Bouhani
Direction : Stéphane ManginAbdallah El Kenz
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 03/10/2020
Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Université Mohammed V (Rabat)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale C2MP - Chimie mécanique matériaux physique (Lorraine ; 2018-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Lamour (Nancy ; Vandoeuvre-lès-Nancy ; Metz)
Jury : Président / Présidente : Abdelilah Benyoussef
Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Mangin, Abdallah El Kenz, Abdelmajid Aïnane, Abdelkader Outzourhit, Hélène Fischer, Mohamed Balli
Rapporteurs / Rapporteuses : Abdelmajid Aïnane, Abdelkader Outzourhit

Résumé

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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.