Nouveaux grenats magnétocaloriques

New magneto caloric garnets

• Auteur / Autrice : Pierre Tang
• Direction : Françoise Damay-rowe, Claudia Decorse
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 02/10/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Léon Brillouin
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Chimie du solide

Grenat

Effet magnétocalorique

Diffusion de neutron

Stabilisation entropique

Solid state chemistry

Garnet

Magnetocaloric effect

Neutron scattering

Entropic stabilisation

Résumé

Afin de remplacer l'hélium liquide de plus en plus rare, il est devenu indispensables de rechercher des réfrigérants alternatifs, pour, par exemple, refroidir les aimants supraconducteurs utilisés dans l'imagerie par résonance médicale. Les matériaux magnéto-caloriques, avec leur pouvoir de refroidissement entropique lorsqu'ils sont soumis à un champ magnétique, constituent une telle solution de remplacement. Les grenats à base de gadolinium développés récemment présentent des effets magnéto-caloriques parmi les plus importants ; cependant, le pouvoir de refroidissement de ces matériaux atteint son maximum en dessous de 2 K, température trop faible pour de nombreuses applications de l'hélium liquide. L'objectif de ce projet de thèse est de trouver de nouveaux grenats de terres rares avec de meilleures performances magnéto-caloriques, par des substitutions adéquates sur les trois sites cationiques disponibles de la structure du grenat. L'originalité du projet est l'étude d'oxydes de grenat à haute entropie pour atteindre cet objectif. L'utilisation des techniques de diffusion neutronique sera un atout essentiel pour corréler les substitutions chimiques avec les changements d'anisotropie magnétique et les états fondamentaux dans un champ magnétique appliqué, pour une compréhension approfondie des paramètres clés contrôlant l'effet magnéto-calorique.

To replace liquid helium, which is becoming increasingly scarce, there is a real need to explore new cooling technologies, which can cool down supraconducting magnets use for medical resonance imaging for instance. Magnetocaloric materials, with their entropic cooling ability under magnetic field, offer such an alternative solution. Recently developed Gadolinium based garnets have among the most efficient magnetocaloric properties. However, the cooling power these materials can reach is maximum below 2 K, which is too low for a majority of liquid helium applications. The aim of this thesis project is to find new rare earth based garnets with optimised magnetocaloric properties, using chemical substitutions on the three available cationic sites of the garnet crystal structure. The originality of this project is the investigation of high entropy routes to reach this end. Neutron scattering techniques will be essential to correlate chemical substitutions with changes in the ground states and magnetic anisotropies when applying a magnetic field, aiming at a deeper understanding of the key parameters which control the magnetocaloric effect.