DS0303 -

Couplages Magnéto-Electriques exacerbés dans des matériaux à unités ferromagnétiques – LOVE-ME

Résumé de soumission

Malgré leur immense intérêt au niveau du stockage de données, en sciences des matériaux et en physique fondamentale, la portée et les applications des composés multiférroïques sont à ce jour pénalisées par la faible polarisation générée par les couplages magnéto-électriques (ME). Dans ce projet, nous proposons une approche originale pour la conception de composés inorganiques multiférroïques performants associés à de forts effets ME. En effet, LOVE-ME s’appuie sur nos travaux récents concernant des composés construits à partir d’unités ferromagnétiques de basse dimensionnalité. Ces dernières sont des blocs 1D, 2D ou pseudo 3D porteurs de macro-spins colinéaires ou « cantés » s’alignant sous champ magnétique externe. Ils semblent idéaux pour l’apparition de couplages ME géants, comparé aux multiférroïques standards de type I/type II (faibles couplages ME / faible polarisation générée via des structures antiferromagnétiques de type cycloïdal). Nos résultats préliminaires sur des systèmes choisis valident déjà une magnéto-polarisation géante. La quantification/optimisation/analyse systématique des couplages ME, nous permettra de mettre à jour les concepts sous-jacents à ces effets géants et d’identifier les paramètres physico-chimiques clés. Après l’implantation de ces paramètres clés dans de nouveaux composés FM basse-D dédiés, nous accéderons à une nouvelle génération de composés multiférroïques performants.

Notre stratégie inclut tous les stades: du Design à la modélisation, l’élaboration, la croissance cristalline, les caractérisations structurales et physiques fines de composés inorganiques basse-D pertinents… jusqu’aux mesures des couplages ME intrinsèques et leur compréhension par analyse de symétrie. La mise en place du contexte chimique/structural/magnétique idéal pour des effets ME géant est un prérequis pour l’élaboration des composés multiférroïques idéaux. Cette identification lèvera à la fois les verrous scientifiques et technologiques à l’implémentation des multiférroïques dans les dispositifs.

Concernant les échantillons déjà disponibles qui seront source d'inspiration, nous disposons de composés inorganiques magnétiquement remarquables : composés ferromagnétiques basse-D , des chaines magnétiques incommensurables, de grandes périodicités magnétiques, des composés à chaines magnétiques isolées, des composés FM 2D-Ising etc… Leurs topologies structurales, les couplages spin-orbites forts et les transitions de type « retournement de spin » nous garantissent des couplages magnéto-électriques supérieurs et l’apparition d’une polarisation électrique d’origine magnétique. Ces composés peuvent être considérer comme intermédiaires entre les « aimants moléculaires » et aimants inorganiques « standard » et forment une nouvelle classe « d’aimants moléculaires tout inorganique», un nouveau paradigme dans le domaine des matériaux ME. Nous avons pour objectif de modifier et d’optimiser les composés déjà disponibles et d’en produire de nouveaux dédiés et inspirés, par Design structural. Pour cela, nous devons manipuler des sous-unités magnétiques et séparatrices isolées et bien adaptées, pour former des composés de dimensionnalité magnétique variable. Dans des phases pseudo-3D (blocs magnétiques isolés mis en jeu), des mises en ordre magnétiques et les propriétés ME associées sont attendues à température ambiante, une avancée significative en termes d’applications.
In fine, une nouvelle génération de matériaux multiférroïques à couplage ME améliorés sera élaborée, suivant une méthodologie rationnelle. LOVE-ME couvre donc une large gamme de concepts et techniques, du Design à la production de matériaux sous forme de monocristaux ou polycristallins, la mise en évidence d’effets ME exacerbés à travers les transitions méta-magnétiques (alignement des micro-spins), leur compréhension par analyse de symétrie ainsi que l’identification des paramètres ME clés, avec d’éventuelles retombées industrielles.

Coordinateur du projet

Monsieur Olivier Mentré (Unité de Catalyse et de Chimie du Solide)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

UCCS Unité de Catalyse et de Chimie du Solide
CRISMAT laboratoire de cristallographie et de science des matériaux
INEEL INSTITUT NEEL - CNRS

Aide de l'ANR 478 261 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2016 - 48 Mois

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