Magnétoélectricité dans les nanocomposites granulaires : analyse micro-onde

Vincent Castel

Abstract : The idea that we developed in this work is to use an electric field to control the dielectric and magnetic properties of nanomaterials in a microwave device. For this, we seek to exploit the concept of the magnetoelectric effect (ME effect). Granular nanostructures have many advantages over ceramics, thin layers and single-phase materials. The low conductivity, the absence of interdiffusion and chemical reactions parasites due to sintering, the absence of substrate, the conservation of the nanoscale, the ease and low cost protocol for developing these NCs make them materials of choice for the achievement of a ME to propose original microwave devices. We demonstrate large increases of the real and imaginary parts of the microwave effective complex permittivity of a series of (piezoelectric)BaTiO3 / (magnetostrictive) Ni nanocomposites under the action of a magnetic field, by about 10% at 2 kOe and 300% at 5 kOe, respectively. We suggest that the magnetic field dependence of the effective permittivity is consistent with a magnetoelectric effect which can be qualitatively understood within a model in which the piezoelectric phase is mechanically coupled to the magnetostrictive phase.

Résumé : L'idée que nous avons développé dans ce travail est de faire usage d'une commande électrique unique pour modifier à la fois les propriétés diélectrique et magnétique de nanomatériaux contenus dans le dispositif hyperfréquence. Pour cela, nous cherchons à exploiter le concept de propriété produit, dont un exemple est donné par l'effet magnétoélectrique (ME). Si l'on considère un mélange de deux phases condensées en contact, la première étant magnétostrictive et la seconde piézoélectrique, alors l'application d'un champ magnétique externe sur la phase magnétostrictive génère un champ de contrainte mécanique locale activant la piézoélectricité et ainsi fait apparaître un gradient de potentiel. En d'autres termes, la magnétoélectricité conduit à une variation de la permittivité par l'application d'un champ magnétique externe, et par commutativité, à une dépendance de la perméabilité magnétique sous l'action d'un gradient de potentiel. Les nanostructures granulaires présentent de nombreux avantages par rapport aux céramiques, aux couches minces et aux matériaux monophasés. La faible conductivité, l'absence d'interdiffusion et de réactions chimiques parasites dues au frittage, l'absence de substrat, la conservation de l'échelle nanométrique, la facilité et le faible coût du protocole d'élaboration de ces NCs en font des matériaux de choix pour la réalisation d'un effet ME en vue de proposer des dispositifs hyperfréquences originaux. Le fait saillant de ce travail a été de mettre en évidence un couplage magnétoélectrique (ME) dans des nanocomposites (NCs) granulaires biphasiques dans le domaine micro-onde à température ambiante. L'usage de la résonance ferromagnétique (RFM-LMB) sur une large gamme de fréquences (6-28 GHz) et de spectroscopie micro-onde (100 MHz-6 GHz) combiné à une étude du transport électronique et à l'utilisation de plusieurs sondes morphologiques nous a permis de corréler les propriétés dynamiques de l'aimantation, les paramètres électromagnétiques des matériaux, et les informations microstructurales au coefficient ME.

Magnetoelectricity in granular nanocomposites : Microwave analysis

Magnétoélectricité dans les nanocomposites granulaires : analyse micro-onde

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