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Propriétés structurales, magnétiques et magnétocaloriques de pnitures isotypes de Mn(Fe,Co)P

Mardi 19 avril 2016 10:00 - Duree : 2 heures
Lieu : Salle "Nevil Mott" D420 - Institut Néel -bâtiment D, CNRS Polygone scientifique, 25 rue des martyrs, 38000 Grenoble

Orateur : Soutenance de Thèse de Sonia HAJ-KHLIFA

La plupart des pnictures ternaires de formule générale MM’X (où M et M’ sont des métaux de transition et X un élément p tel que P et As) cristallisent avec une structure dérivée de type Fe2P présentant un effet magnétocalorique (MCE) élevé avec une con centration en électrons d proche de celle de Fe. Au contraire, les systèmes polytypes MM’X de type Co2P conduisent à des performances modestes, même lorsque les éléments métalliques sont identiques, à savoir les phases MnFeP1-xAsx (hexagonale) et MnFe1-xCoxP (orthorhombique) présentes dans des diagrammes de phases magnétiques très similaires. Ainsi, le but de ce travail était tout d’abord de mieux comprendre l’évolution fondamentale des comportements structuraux et magnétiques de la série orthorhombique lorsqu’on effectue des substitutions partielles d’éléments choisis sur des sites spécifiques, tels que Mn par Cr, Ni par Fe ou Co, et P par Si ou Ge. D’autre part, il s’agissait d’optimiser la formulation et le procédé d’élaboration visant à concevoir des composés de type hexagonal dans lesquels As est entièrement remplacé par Si plus sûr, et présentant des performances MCE élevées, en vue d’une production pilote. Dans un premier temps, des efforts de synthèse suivis d’analyses DRX, de mesures d’aimantation en fonction du champ et de la température, d’analyses par diffraction de neutrons des structures magnétiques, de caractérisations calorimétriques et de mesures comparatives de MCE, ont été réalisées sur de nombreux échantillons formant un panel représentatif. De manière inattendue, Ni, le métal 3d qui porte le moment magnétique le plus faible, a conduit à des anomalies de volume de la maille en fonction du taux de substitution de Fe ou de Co, induisant une évolution non linéaire de l’aimantation à saturation. Après plusieurs tentatives, et en combinant des substitutions mixtes sur les sites métalliques et non métalliques (par exemple Ni à Co / Ge à P), la variation initiale de l’entropie magnétique à la transition (ΔSm) a été améliorée par environ un facteur 3, pour atteindre le niveau de référence du Gadolinium. En outre, des structures magnétiques non coli néaires et non commensurables aient été établies, en bon accord avec l’analyse Mössbauer 57Fe et les calculs de structure électronique. Le deuxième volet de ce travail comporte 3 parties. D’une part, des analyses de type XRD, MEB, aimantation, calorimétrie... ont été réalisées afin de caractériser les particularités des poudres magnétocaloriques Mn1-xFexP1-xSix de type Fe2P produites à grande échelle par atomisation sous jet de gaz. Le traitement de recuit après atomisation est apparu comme étant l’un des paramètres les plus importants pour accéder à des performances MCE élevées. Plusieurs essais ont permis de définir la meilleure gamme de température, le temps de recuit et la vitesse de refroidissement. Ainsi, la caractéristique ΔSm a été améliorée de 0,2 à 4 J/kg.K pour une variation de 0-2 T. Pour conforter les résultats ci-dessus, des travaux ont été focalisés sur une formule simple - MnFeP0.5Si0.5 - préparée à partir de précurseurs et en utilisant la fusion HF. L’objectif était de mieux contrôler l’équilibre de phases dans le système quaternaire. A partir de cette étape, d es performances très intéressantes ont été atteintes, avec un ΔSm de 15 J/kg.K (0-2 T). Enfin, l’emploi de précurseurs spécifiques et de la fusion HF ont été appliqués pour produire des formules différentes (différents rapports Mn / Fe et P / Si), comprenant l’utilisation de poudres atomisées. Avec l’expérience acquise, des valeurs de 18 et de près de 24 J/kg.K (0-2 T) ont été atteintes. En conclusion, les paramètres chimiques et topologiques gouvernant les différences majeurs entre les pnictures MM’X de type Fe2P et de type Co2P ont été discutées.

Contacter patricia.derango@neel.cnrs.fr pour l’accès au site.

Contact : sonia.haj-khlifa@neel.cnrs.fr

Discipline évènement : (Physique)
Entité organisatrice : (Institut Néel / PLUM)
Nature évènement : (Soutenance de thèse)
Site de l'évènement : Polygone scientifique

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