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Theses

Interplay between magnetism, thermodynamics and diffusion in bcc Fe-Mn alloys : from first principles to finite temperatures

Résumé : Dans les alliages 3d, les propriétés magnétiques des solutés peuvent être extrêmement sensibles aux environnements chimiques locaux, et avoir un impact crucial sur diverses propriétés thermodynamiques et cinétiques. Afin de comprendre les propriétés fondamentales de ces alliages, la première partie de ce travail est dédiée à l’étude ab-initio des effets de l’environnement chimique local sur l’état magnétique des solutés de Mn dans le Fe-Mn. Diverses configurations contenant du Mn, isolé ou sous forme d’amas, en présence de lacunes ou d’impuretés interstitielles sont étudiées et leur configuration magnétique de plus basse énergie est déterminée. Un modèle effectif d’interactions est paramétré à partir des données ab-initio afin d’étudier les propriétés des alliages Fe-Mn à température finie. Les propriétés clés sont identifiées et le modèle est validé à basse température en reproduisant les résultats ab-initio. L’utilisation de ce modèle couplé à des simulations Monte Carlo permet de simuler l’évolution chimique des alliages Fe-Mn en fonction de la température et de la concentration en Mn, tout en relaxant la structure magnétique en temps réel. Afin d’illustrer les possibles applications de ce modèle, diverses propriétés sont étudiées telles que la dépendance en concentration de la température de Curie ou encore l’évolution en température de l’énergie de mélange et de l’ordre atomique à courte distance. Puisque dans ces alliages la diffusion est en général régie par mécanisme lacunaire, nous proposons aussi un formalisme prenant en compte explicitement les effets de l’ordre magnétique local sur les propriétés des lacunes. Par simulations Monte Carlo de traceurs, cette approche prédit la dépendance en température de l’auto-diffusion dans le Fe en excellent accord avec les études expérimentales. La déviation de la loi d’Arrhénius proche de la température de Curie est directement prédite, ainsi que le changement de pente entre les régimes ferromagnétique et paramagnétique. La précision du modèle de Ruch, couramment utilisé dans la littérature, est discutée au vu des résultats obtenus. Enfin, cette approche est appliquée à la diffusion d’un soluté de Mn dans le Fe pur et comparée aux résultats expérimentaux.
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https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02495352
Contributor : Abes Star :  Contact
Submitted on : Monday, March 2, 2020 - 1:04:33 AM
Last modification on : Thursday, June 25, 2020 - 2:54:03 PM
Document(s) archivé(s) le : Wednesday, June 3, 2020 - 12:51:55 PM

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84736_SCHNEIDER_2019_archivage...
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  • HAL Id : tel-02495352, version 1

Citation

Anton Schneider. Interplay between magnetism, thermodynamics and diffusion in bcc Fe-Mn alloys : from first principles to finite temperatures. Atomic Physics [physics.atom-ph]. Université Paris-Saclay, 2019. English. ⟨NNT : 2019SACLS367⟩. ⟨tel-02495352⟩

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