Thèse en cours

Etude de la microstructure, de la texture et des propriétés magnétiques d'un alliage à base de Ni et de Fe après traitement par déformation plastique sévère et recuit
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Auteur / Autrice : Oussama Dabou
Direction : Anne-Laure HelbertDjamel BradaiThierry Baudin
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Chimie
Date : Inscription en doctorat le 01/12/2020
Etablissement(s) : université Paris-Saclay en cotutelle avec Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay
Equipe de recherche : Synthèse, Propriétés & Modélisation des Matériaux
référent : Faculté des sciences d'Orsay

Résumé

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Les composites métalliques à couches alternées ultrafines attirent l'attention des universitaires et industriels tant ils présentent des propriétés intéressantes notamment en conditions extrêmes [Zheng13]. Un matériau multicouche bimétallique dont l'épaisseur de couche est nanométrique possède un nombre considérable d'interfaces de faible énergie contrairement aux matériaux nanostructurés à grains équiaxes produits par SPD (Severe Plastic Deformation) classique dont l'énergie d'interface est élevée. Cette faible énergie interfaciale garantit une excellente stabilité thermique de la structure en couches. La forte densité d'interfaces permet, quant à elle, d'atteindre des hautes résistances mécaniques. Il a de plus été montré que ces composites nanostructurés en couches (lamelles) sont très résistants au dommage par irradiation [Misra07] et peuvent présenter de la superconductivité électrique selon les matériaux utilisés. Des méthodes d'élaboration « bottom-up » de tels matériaux se sont alors développées par voie de dépôt de type PVD (Physical Vapor Deposition). Ces techniques sont néanmoins peu exploitables industriellement pour de la fabrication à grande échelle vue les faibles vitesses de dépôt. De récentes études rapportent la possibilité de produire de tels composites par voie mécanique en utilisant des techniques peu onéreuses comme le laminage. Ainsi, le multicolaminage ARB (Accumulative Roll Bonding) permet d'obtenir un composite massif de quelques millimètres dont l'épaisseur de couches unitaire peut descendre jusqu'à 10 nm. Dans l'objectif d'accéder à des propriétés électriques, mécaniques et magnétiques hors du commun, il paraît indispensable d'élaborer des matériaux multicouche dont l'épaisseur de couche descend de 10 nm à 1 nm, intervalle encore inexploré tant d'un point de vue du protocole d'élaboration (gamme métallurgique) que des propriétés physiques obtenues. Par exemple, depuis quelques récentes années, il a été mis en évidence dans le magnétisme des films ultraminces un phénomène d'échange antisymétrique (à l'inverse de l'échange « habituel » à la base par exemple du ferromagnétisme) connu sous le terme « d'interaction Dzyaloshinskii-Moriya » (DMI). Ce phénomène est même présent au 1er plan dans les couches minces polycristallines obtenues par sputtering [Belmeguenai15]. La DMI intervient dans les films minces (typiquement contenant les habituels porteurs 3d de moments magnétiques Fe, Ni, Co) en contact avec un matériau possédant un fort couplage spin-orbite, tels que les métaux lourds 5d W, Ta, Pt, Ir [Cubukcu16], car la symétrie d'inversion est brisée à l'interface avec la couche ferromagnétique. La DMI attise beaucoup la curiosité car elle peut conduire à des ruptures technologiques, en particulier dans le domaine de l'enregistrement magnétique. Donc pour que la DMI prenne le pas sur les autres phénomènes (échange, anisotropie, magnétostatique) on a besoin de l'effet de surface obtenu dans les couches ultraminces de moins de 2nm d'épaisseur. Si on arrive à élaborer un multicouche bi-alliages de type FeNi sur NiW, on serait bien en présence des 2 couches permettant la DMI, l'une 3d ferromagnétique préférentiellement à base d'alliage FeNi(X) à plus ou moins grande énergie d'échange, potentiellement hypertexturable pour simplifier les études et interactions à prendre en compte (micro-démagnétisantes) et l'autre 5d en alliage Ni-W dont la composition à préciser réglera le point de Curie (vers 77K à 9at%W) et l'énergie de fautes d'empilement (et donc la difficulté à créer une texture aigue {100}<001>). Ce projet de recherche consiste donc à envisager et réaliser de tels multicouches en s'appuyant aussi bien sur nos compétences métallurgiques tels que le placage et le multiplacage (ARB), la recristallisation, les alliages NiW pour substrat de supraconducteur, l'hypertexturation de FeNi ainsi que la simulation par éléments finis du colaminage, que sur nos connaissances en magnétisme développées ces dernières années lors des thèses de M. Savary 2018 (magnétostriction), de K. Verstraete 2017 (ARB pour blindage magnétique) et de P. Clérico 2019 (Tricouche Al/Fe/Al pour blindage magnétique).