Electric control of magnetic behavior in artificial multiferroic composites
Contrôle électrique du comportement magnétique dans des multiferroïques artificiels
Résumé
Multiferroic materials present several ferroic orders, i.e. ferromagnetic, ferroelectric and/or ferroelastic. The coupling between these ferroic orders allow the control of the magnetic properties by applying an electric field and vice versa. In order to use their multifunctionality in new applications, this coupling must be efficient at room temperature. This thesis concentrates on materials artificially coupling together a ferromagnetic/ magnetostrictive phase with a ferroelectric/piezoelectric one. The coupling between these two phases is called magnetoelectric (ME). The first chapter describes the state of the art of this ME coupling for different multiferroic composite structures. Characterization techniques and micromagnetic simulation tools are presented in the second chapter. In the third chapter, a hetero-structure given by a magnetostrictive film/flexible substrate/piezoelectric actuator (FeCuNbSiB/Kapton/PE) is studied. The magnetic domains of FeCuNbSiB as well as their orientation are controlled by applying an electric field and studied by local microscopy (MFM). The fourth chapter focuses on a nanocomposite material including magnetostrictive nanoparticles in a flexible piezoelectric matrix (PVDF polymer). The effect of these inclusions (nanoparticles) on the local piezoelectric response of the PVDF is studied by piezoeponse microscopy (PFM). Symmetrically, the influence of the piezoelectric matrix on the static magnetic properties of the nanoparticles is analyzed. In the last chapter, the optimization of the magnetic properties of a set of anisotropic nanoparticles (cobalt nanowires) is studied as fonction of their structure, shape and mutual interactions. This experimental study is corroborated by simulations and targets new composites ME materials including the anisotropic nanoparticles in a flexible piezoelectric matrix.
Les matériaux multiferroïques présentent plusieurs ordres ferroïques, i.e. ferromagnétiques, ferroélectriques et/ou ferroélastiques. Le couplage entre ses ordres ferroïques permet de contrôler les propriétés magnétiques en appliquant un champ électrique et vice versa. Afin d’utiliser leur multifonctionnalités dans des nouvelles applications, ce couplage doit être efficace à température ambiante. Cette thèse étudie les systèmes couplant artificiellement ensemble une phase ferromagnétique / magnétostrictive à une phase ferroélectrique / piézoélectrique. Le couplage entre ces deux phases est appelée magnétoélectrique (ME). Le premier chapitre décrit l’état de l’art de ce couplage ME dans différentes structures composites multiferroïques. Tandis que les techniques de caractérisation et les outils de simulation micromagnétiques utilisées sont présentées dans le deuxième chapitre. Dans le troisième chapitre, une hétéro-structure type film magnétostrictif/substrat flexible/actuateur piézoélectrique (FeCuNbSiB/Kapton/PE) a été étudiée. Les domaines magnétiques du FeCuNbSiB ainsi que leur orientation sont contrôlées en appliquant un champ électrique et étudiées par microscopie locale (MFM). Le quatrième chapitre étudie un composite incluant des nanoparticules magnétostrictives dans une matrice piézoélectrique flexible (polymère PVDF). L’effet des inclusions (nanoparticules) sur la réponse piézoélectrique locale du PVDF est étudiée par microscopie de piézoréponse (PFM). Symétriquement, l’influence de la matrice piézoélectrique sur les propriétés magnétiques des nanoparticules est analysée. Dans le dernier chapitre, l’optimisation des propriétés magnétiques statiques d’un ensemble de nanoparticules anisotropes (nanofils de cobalt) est étudiées sous l’influence de leur structure, de leur forme et de leurs interactions. Cette étude expérimentale est corroborée par les simulations et vise des nouveaux composites incluant ces nanoparticules anisotropes dans une matrice piézoélectrique flexible.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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