Nanostructures Magnéto-élastiques et Multiferroiques avec état critique induit pour Micro-Systèmes Magnéto-Electro-Mécaniques – NAMAMIS

Le présent projet de recherche fondamentale est centré sur les nouveaux matériaux actifs nanostructurés dédiés à des technologies intégrées de nouveaux dispositifs MEMS (micro actionneurs, micro capteurs et microsystèmes acoustiques) à fonctionnalités étendues. Le but est ici l’élaboration et l’analyse de nouvelles nanostructures magnetoélastiques et multiferroïques dans lesquelles sont artificiellement induits des états critiques (instabilités) résultants des interactions d’échange, magnétoélastiques et magnétostatiques entre les nano couches. Les structures considérées dans le projet sont des nano couches basés sur le couple « Terres rares/Métaux de transition » et combinant des couches magnétiques et ferroélectriques. L’application de la physique des états critiques aux nanotechnologies, qui représente l’originalité principale du projet, a pour but de dégager des propriétés tout à fait spécifiques, non disponibles dans les matériaux actifs connus (i.e. monocristaux, alliages ou composites…). Par exemple, au voisinage d’une instabilité de type Transition de Réorientation de Spin (TRS), l’interaction entre le sous-système magnétique et le système élastique résulte en d’extraordinaires propriétés dynamiques et cinétiques du système magnétoélastique couplé : augmentation de un à plusieurs ordres de grandeur de la valeur du couplage magnétoélastique et de la sensibilité relativement au champ magnétique (offrant la possibilité de nouveaux types de micro-capteurs et microactionneurs), amplification géante des non linéarités dynamiques (x10000) ce qui permet l’élaboration de nouvelles techniques de commande des microactionneurs (excitation sousharmonique, excitation basse fréquence par interaction non linéaire de champs hautes fréquences, effets de démodulation, réponse bistable à une excitation harmonique…), un grand contrôle de l’élasticité (jusqu’à 100%) par champ magnétique ou contrainte appliquée (utilisable pour des micro-capteurs ou l’ajustement de résonateurs sur une large bande), et une forte augmentation de la sensibilité magnétoélectrique (x100) dans les nanostructures multiferroïques (TR/MT/piézoélectrique.). Dans le but d’ajuster les propriétés des nanostructures, l’effet des irradiations aux ions lourds rapides sur les couches sera étudié. L’irradiation influence directement la maille cristalline et les interfaces, et représente un moyen de correction ou de stimulation des échanges inter couches. Des études spécifiques utilisant la sonde atomique tomographique assistée par laser (LATAP) ainsi que l’effet Mössbauer seront menées. L’intégration des nanostructures au sein de microsystèmes pour la réalisation de systèmes autonomes sera étudiée : les techniques spécifiques de champ magnétique de biais par interaction d’échange, le dépôt localisé des nanostructures, l’intégration de micro bobines, etc.