Effet du dopage en fer sur le magnétisme de composés sulfures thermoélectriques

Effect of iron doping on the magnetism of thermοelectric sulphide compounds

• Auteur / Autrice : Ismail Fourati
• Direction : Jean Juraszek
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 14/12/2022
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation de la thèse : Université de Rouen Normandie (1966-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de physique des matériaux (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1996-....)
• Jury : Président / Présidente : Pierric Lemoine
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Lefevre, Sylvie Hebert, Jean-Marie Le Breton, Nirina Randrianantoandro
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Lefevre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie Mössbauer

Thermoélectricité

Magnétisme

Pyrite

Chalcopyrite

Mots clés libres

Chalcopyrite

Pyrites

Magnétisme

Thermoélectricité

Spectrométrie Mössbauer sous champ magnétique

Chalcopyrite

Pyrite

Magnetism

Thermoelectricity

In-field Mössbauer spectrometry

Résumé

Ce travail de thèse porte d’une part sur l’installation d’un montage expérimental pour effectuer des expériences de spectrométrie Mössbauer sous champ magnétique, et d’autre part sur l’étude de sulfures thermoélectriques : la chalcopyrite CuFeS2 et les composés Co1−xFexS2. Le dispositif qui a été installé est composé d’un cryostat équipé d’une tête froide et d’un aimant supraconducteur de 7 T. Le montage d’un spectromètre Mössbauer sur le système a permis l’acquisition de spectres d’étalon fer à 300 K. Des caractérisations structurales et magnétiques ont été effectuées sur le composé semiconducteur antiferromagnétique CuFeS2. La spectrométrie Mössbauer a permis d’étudier la valence du fer et de déterminer la température de Debye (θD = 415 K). Un faible signal ferromagnétique est présent sur toute la gamme de température (5 K-300 K), etpourrait être lié à la présence des défauts ponctuels dans la structure. L’influence du dopage en fer sur les propriétés magnétiques et thermoélectriques de pyrites Co1−xFexS2 avec 0 ≤ x ≤ 0,5 a été étudié en fonction de la température. L’introduction de fer dans la pyrite CoS2 permet d’augmenter la température de Curie, ainsi que la température de Debye. La transition de l’état paramagnétique à ferromagnétique s’accompagne d’une augmentation de la contribution magnonique du coefficient Seebeck qui présente alors un pic assez large à basse température. La substitution du Co par le Fe permet de réduire la conductivité thermique, mais la contribution due au réseau étant peu modifiée, il n’y a pas d’amélioration significative du facteur de mérite thermoélectrique pour ces composés

This thesis work concerns the installation of an experimental setup to perform In-field Mössbauer spectrometry experiments, and the study of thermoelectric sulphide : chalcopyrite CuFeS2 and Co1−xFexS2compounds. The device that was installed consists of a cryostat equipped with a cold head and a 7 T superconducting magnet. The mounting of a Mössbauer spectrometer on the system enabled the acquisition of Fe standard spectra at 300 K. Structural and magnetic characterizations were performed on the antiferromagnetic semiconductor compound CuFeS2. Mössbauer spectrometry was used to study the iron valence state and to determine the Debye temperature (θD = 415 K). A weak ferromagnetic signal is present over the entire temperature range (5 K300 K), and could be related to the presence of point defects in the structure. The influence of iron doping on the magnetic and thermoelectric properties of pyrites Co1−xFexS2 with 0 ≤ x ≤ 0.5 was studied as a function of temperature. The introduction of iron into the pyrite CoS2 leads to an increase of the Curie temperature, as well as the Debye temperature. The transition from the paramagnetic to the ferromagnetic state is followed by an increase in the magnonic contribution of the Seebeck coefficient, showing a large peak at low temperature. The thermal conductivity can be reduced by substitution of Co by Fe, but the lattice contribution being almost constant, there is no significant improvement in the thermoelectric figure of merit for these compounds.