Fanny Béron Département de génie physique 29 mai 2008

1. Fanny Béron Département de génie physique 29 mai 2008

2. ustέrhsiz Ancient grec : « Lorsqu’il y a deux quantités M et N, telles que des variations cycliques de N causent des variations cycli-ques de M, alors si les changements de Msont retardés par rapport à ceux de N, nous pouvons dire qu'il y a une hystérésis dans la relation entre M et N» « When there are two quantities M and N, such that cyclic variations of N cause cyclic variation of M, then if the changes of M lag behind those of N, we may say that there is hysteresis in the relation of M and N » Sir James Alfred Ewing (1855-1935) Hystérésis ? Historique • Déficit • En retard

3. Hystérésis ? Caractéristiques générales d’un cycle d’hystérésis Saturation Fin de l’hystérésis Rémanence Ce qu’il reste lorsque N=0 M (signal recueilli) Coercivité Ce qu’il faut appliquer pour obtenir M=0 N (valeur appliquée)

4. Matériaux ferromagnétiques Déformation plastique Alliages à mémoire de forme Transition de phase Agar Hystérésis ? Phénomènes d’hystérésis en physique

5. Hystérésis ? Autres phénomènes d’hystérésis • Électronique • Bascule de Schmitt • Thermostat • Économie • Inflation • Gain/perte • Hydrologie • Humidification d’un sol • Sociologie • Habitudes

6. = Énergie perdue Hystérésis ? Perte d’énergie À chaque cycle : • Dégradation de l’énergie • Augmentation de l’entropie

7. Phénomènes irréversibles Déficit Hystérésis ? Ensemble de phénomènes élémentaires simples But : Caractériser les phénomènes élémentaires

8. Phénomènes irréversibles Déficit Hystérésis ? Ensemble de phénomènes élémentaires simples But : Caractériser les phénomènes élémentaires ?

9. ? Transformation non-linéaire ENTRÉE SORTIE + - En son coeur mathématique Modèle de Preisach-Krasnoselskii • Opérateur : • « Hystéron mathématique » • 2 états (+ et -) • Mémoire locale • Système : • Ensemble infini • Proportion de chaque hystéron ? F. Preisach, Z. Phys. 94, 277 (1935)

10. En son coeur mathématique Mesure de la fonction de la proportion d’hystérons

11. Sortie (M) Points de renversement M (signal recueilli) Entrée (N) N (valeur appliquée) Courbes de renversement du 1er ordre Le rêve Saturation Courbe de renversement du 1er ordre Point de renversement

12. Courbes de renversement du 1er ordre Le rêve Distribution statistique Hu Hc Pike et al.,J. Appl. Phys. 85, 6660 (1999)

13. N’ont pas nécessairement de signification physique Déformé par les interations Courbes de renversement du 1er ordre La réalité Problèmes !!! • Comment faire ? • Toute l’information physique est contenue dans les courbes de renversement du 1er ordre • Comprendre le comportement d’hystérons physiques

14. En son coeur physique Hystérésis magnétique simulée

15. M M H H Application expérimentale Réseau de nanofils ferromagnétiques • Système idéal : • Fortement anisotrope • Ordonné • Applications possibles : • Dispositifs à haute fréquence • Mémoire magnétique à haute densité • Senseurs magnétiques Ciureanu et al., Electrochim. Acta, 50, 4487 (2005) Carignan et al., J. Appl. Phys. 102, p. 023905 (2007)

16. M H Application expérimentale Résultat expérimental typique CoFeB, d = 175 nm, L = 25 µm • Interaction anti-parallèle élevée entre les nanofils • Coercivité des nanofils uniforme Béron et al., IEEE Trans. Magn. 42, p. 3060 (2006) Béron et al., J. Appl. Phys. 101, p. 09J107 (2007) Béron et al., J. Nanosci. Nanotechnol. in press

17. Conclusions • Hystérésis ? • Retard de l’effet (M) sur la cause (N) • Présente dans une multitude de domaines • Composée d’un ensemble de phénomènes élémentaires • Courbes de renversement du 1er ordre • Permet de séparer les diverses contributions • Cycles d’hystérésis des phénomènes physiques élémentaires • Interactions • Réseaux de nanofils ferromagnétiques • Système d’étude expérimentale idéal

18. Directeur de thèse : Prof. Arthur Yelon Étudiants : Louis-Philippe Carignan Christian Lacroix Gabriel Monette Vincent Boucher Djamel Seddaoui Élyse Adam Nima Nateghi Mathieu Massicotte Nicolas Schmidt Laurie Archambault Responsable du Laboratoire de magnéto-électronique : Prof. David Ménard Infographie: Thierry Beauchemin

19. Application expérimentale Résultats expérimentaux Nanofils uniformes Nanofils multicouches Ni/Cu d = 175 nm L = 15 µm tNi = 20 nm tCu = 10 nm • Interaction élevée • Coercivité uniforme • Interaction plus faible • Coercivité non-uniforme • Réversibilité plus faible • Réversibilité quasi-parfaite

20. Application expérimentale Résultats expérimentaux (nanofils uniformes) CoFeB, d = 175 nm, L = 25 µm M M H H • Interaction anti-parallèle élevée entre les nanofils • Coercivité des nanofils uniforme • Réversibilité quasi-parfaite Béron et al., IEEE Trans. Magn. 42, p. 3060 (2006) Béron et al., J. Appl. Phys. 101, p. 09J107 (2007) Béron et al., J. Nanosci. Nanotechnol. in press