Rapport de stage Elaboration et caractérisation de matériaux

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Université Joseph Fourier
Département licence sciences & technologie
Rapport de stage
Elaboration et caractérisation de matériaux magnétoélectriques
ALEXANIAN Yann
Laboratoire d’accueil : Institut Néel
Directeur du laboratoire : Alain Schul
Responsables de stage : Sophie De Brion et Laurent Ranno
Licence sciences et technologies 1ere année – Physique internationale
Année universitaire : 2013 – 2014

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Remerciement
Je tiens tout d'abord à remercier Patricia Cajot ainsi que l'université Joseph Fourier
pour m'avoir offert la possibilité de réaliser ce stage.
Je remercie sincèrement mes deux responsables de stage, Sophie De Brion et Laurent
Ranno, pour m'avoir permis de réaliser stage et pour leurs réponses à mes très nombreuses
questions.
Je souhaite également remercier Virginie Simonet, Claire Colin, Florence Levy-
Bertrand, Philippe David et Doan Nguyen pour m'avoir intégré dans leurs travaux et permis
aux miens d'avancer. Ils ont pris le temps de m'expliquer et de me réexpliquer le
fonctionnement des machines, les procédures à suivre ou encore l'objet de leurs recherches.
Je remercie aussi Rafik Ballou pour les discussions très intéressantes que j'ai pu avoir
avec lui ainsi que Franck Balestro et Stefania Pizzini pour m'avoir gentiment accepté dans
leurs bureau.
Enfin, je remercie toutes les personnes que j'ai rencontré durant ce stage et notamment
le personnel très sympathique du bâtiment K (le meilleur parait-il!) et du bâtiment D.

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Table des matières
Introduction
Autour de l'institut Néel
I. Fabrication et caractérisation d’un film magnétique ultrafin
1.1. Etude documentaire
1.1.1. Le magnétisme
1.1.2. Les propriétés magnétiques de la matière à l'échelle atomique
1.1.3. Les propriétés magnétiques de la matière à l'échelle
macroscopique
1.1.4. Aimants temporaires et aimants permanents
1.2. Elaboration du composé
1.3. Caractérisation de l'échantillon
II. Participation à l’étude de composés multiferroïques
2.1. Présentation des composés
2.2. Etude des propriétés diélectriques des langasites de fer
2.2.1. Mesures de la susceptibilité électrique
2.2.2. Mesures de la polarisation électrique
2.3. Etude de la structure cristallographique des langasites
Conclusion
Sources

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Introduction
"Si vous n'arrivez pas à expliquer un concept physique à un enfant de 6 ans, c'est que
vous ne l'avez pas vous-même compris" Einstein.
Sans prétendre pouvoir expliquer les concepts physiques à des enfants de 6 ans, j'ai
tenté au cours de ce rapport d'exposer tout ce que j'ai pu observer, comprendre et réaliser
durant mon stage. J'ai tenté d'expliquer le plus clairement possible et à partir d'un niveau
BAC les différents concepts théoriques nécessaires à la compréhension des expériences
réalisées à l'institut. J'espère que la lecture de ce rapport sera accessible au plus grand nombre
et en particulier aux futurs stagiaires d'excellence. Pour ne pas alourdir mes propos, j'ai choisi
de ne pas détailler le fonctionnement des machines utilisées pour les études expérimentales.
En fin de première année à l'UJF, j'ai donc eu la chance de bénéficier d'un stage
d'excellence. J'ai choisi l'institut Néel, d'une part que parce les thèmes de recherches me
plaisaient particulièrement, mais aussi parce j'ai eu la chance d'avoir deux enseignants
travaillant à l'institut pendant mon deuxième semestre. Cela m'a permis de préparer ce stage
de manière sereine et de discuter longuement du sujet avant le commencer.
L'objectif de ce stage était avant tout la découverte du monde de la recherche et du
travail en laboratoire, mais c'était aussi l'occasion pour moi de ma familiariser avec le
magnétisme, branche de la physique étudiée à partir de la seconde année de licence. Aussi, la
première partie du travail était simplement de comprendre les quelques notions fondamentales
nécessaires à la compréhension des phénomènes magnétiques (n'ayant encore suivi aucune
unité d'enseignement (UE) d'électromagnétisme), partie intégrante de la recherche. Par la suite
j'ai pu réaliser une étude complète sur un matériau magnétique et participer à diverses
expériences (sur les langasites, des composés multiferroïques) menées par les chercheurs à ce
moment au laboratoire. Dans ce rapport, je présenterai donc en premier le laboratoire
d'accueil, l'institut Néel, puis mes différents travaux sur les matériaux magnétiques pour enfin
terminer sur ma participation à l'étude des langasites.
Bien entendu, je vous invite à me contacter pour toute question éventuelle.

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Autour de l'institut Néel
L'institut Néel est un laboratoire récent (2007) crée à partir du regroupement de 4
laboratoires grenoblois: le centre de recherche sur les très basses températures, le laboratoire
d'étude des propriétés électroniques des solides, le laboratoire Louis Néel et le laboratoire de
Cristallographie. Il regroupe actuellement quelques 125 chercheurs, 50 enseignants
chercheurs, 130 techniciens, ingénieurs et personnel administratif et 145 non permanents.
C'est un laboratoire de recherche fondamentale en physique de la matière condensée (étude
des propriétés macroscopique de la matière dont les constituants microscopiques interagissent
fortement entre eux) avec une large composante interdisciplinaire aux interfaces de la chimie,
de l'ingénierie ou encore de la biologie. Plus précisément, l'institut couvre les domaines
suivants: magnétisme, spintronique, optique non linéaire et quantique, nano électronique
quantique, nano mécanique, supraconductivité ou encore cristallographie. Pour cela, les
chercheurs sont répartis dans 3 départements à savoir:
- MCMF (Matière Condensée et Matériaux Fonctionnels), dont les activités
principales sont l'élaboration, les études cristallographiques ou spectroscopique et la
modélisation des matériaux dans différents domaines : énergie, magnétisme,
supraconductivité, catalyse, spintronique, optique … Ce département s'appuie beaucoup sur
les couplages théorie-expérience et physique-chimie, mais aussi sur les très grands
instruments.
- NANO (nanosciences) dont les compétences sont notamment l'étude des propriétés
physiques de nanostructures : transport, magnétisme, nano mécanique ou encore optique, sur
le plan théorique et expérimental. Ces nanostructures sont réalisées à partir de divers
matériaux choisis pour leurs propriétés spécifiques (semi-conducteurs, métaux, magnétisme,
…).
- MCBT (Matière Condensée – Basses Températures) où les chercheurs étudient les
propriétés fondamentales de la matière aux très basses températures (magnétisme,
supraconductivité, etc..) et leurs applications (électrotechnique supraconductrice,
développements cryogéniques).
Ces 3 départements sont alors divisés en 20 équipes de recherches. Lors de mon stage,
j'ai intégré deux équipes différentes, signe de la très grande interaction entre les
équipes/départements du laboratoire:
- L'équipe micro et nanomagnétisme du département NANO où j'ai découvert les
matériaux magnétiques, que ce soit théoriquement ou expérimentalement.
- L'équipe magnétisme et supraconductivité du département MCBT qui m'a fait
participer aux différentes recherches en cours sur les langasites, ce qui m'a permis de mieux
cerner le métier de chercheur et d'apprendre de nombreuses choses sur ces matériaux.