Groupe de Physique des Matériaux - UMR CNRS 6634

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Structure locale et propriétés physiques de composés à base de fer

par LABGPM - publié le , mis à jour le

Les travaux de recherche menés dans le cadre de cette thématique sont liés à l’utilisation de la spectrométrie Mössbauer et des mesures magnétiques pour la caractérisation de matériaux contenant du fer. Ils s’inscrivent pour partie dans la continuité d’actions menées depuis 2000 (alliages granulaires magnétorésistifs, alliages terre rare / fer, aimants permanents hexaferrites). Elles font également l’objet, depuis 2005, d’une action commune avec le laboratoire CRISMAT de l’Ensicaen dans le cadre de l’IRMA. Les actions menées concernent les matériaux suivants :

  • alliages fer-terre rare (collaborations avec l’Institut Néel de Grenoble, l’Université de Cluj-Napoca, Roumanie et l’Université de Sfax, Tunisie)
  • aimants permanents hexaferrites (collaborations avec la société Ugimag et l’Université Technique d’IENA, Allemagne)
  • oxydes de fer à valence mixte (ANR NewTOM)

En tant que sonde locale des environnements atomiques, la spectrométrie Mössbauer a permis de comprendre les évolutions des propriétés magnétiques observées dans les matériaux analysés. En particulier, il a été montré que le couplage entre nanograins magnétiques dans des nanocomposites SmCo5/Fe est favorisé par l’interdiffusion Fe/Co se produisant durant la synthèse par broyage et recuit. Il a été également montré que l’amélioration des propriétés magnétiques d’aimants hexaferrites SrFe12O19 substitués avec une terre rare (ou un couple terre rare / cobalt) est due à la modification des caractéristiques hyperfines du site de fer majoritaire de la maille cristalline, et que cette amélioration est limitée par la solubilité de la terre rare dans la maille, en relation avec la géométrie des orbitales électroniques 4f. Enfin, le mécanisme de compensation de charge dans les perovskites (Bi,Sr)FeO3-δ a pu être étudié ; les résultats obtenus ont montré que la substitution d’ions Sr2+ par des ions Bi3+ n’entraîne la formation de Fe4+ que dans les composés riches en Sr.

Magnéto-transport et valence du fer dans des perovskites  SrFe_{1-x}Sc_{x}O_{3-\delta}

Cet exemple illustre les activités menées dans le cadre du projet ANR NewTOM (2009-2012), en collaboration avec le laboratoire Crismat de Caen. Les propriétés physiques (transport, magnétisme) d’oxydes de métaux de transition à valence mixte de type perovskite sont corrélées avec l’état de valence du fer et la teneur en oxygène des composés. Les analyses structurales par microscopie électronique à transmission haute résolution montrent que les atomes Fe et Sc sont distribués aléatoirement sur le même site cristallographique, quelque soit la teneur en scandium. La substitution Fe/Sc entraîne une diminution de la teneur en oxygène. Corrélativement, la teneur en Fe4+ diminue jusqu’à disparition complète pour x=0,5 comme le montre l’absence de singulet caractéristique sur le spectre Mössbauer correspondant (figure 7). Lorsque la teneur en Sc augmente, la structure magnétique évolue et l’échantillon x=0,5 montre une dilution magnétique complète avec absence de transition magnétique, comportement caractéristique de type « cluster-glass » (figure 8). D’autre part, la résistivité augmente fortement (figure 9), en raison de la disparition progressive des ions Fe4+, confirmant ainsi que le caractère métallique de la conductivité du composé SrFeO3-δ est lié à la présence d’ions Fe4+.


Spectres Mössbauer à 293 K de poudres SrFeO

Figure 7. Spectres Mössbauer à 293 K de poudres SrFeO3-δ (a) et SrFe0,5Sc0,5 (b).
(Y. Rizki et al. Solid State Science 2010)


Susceptibilité magnétique χ en fonction de la température dans les échantillons SrFe1-xScxO3

Figure 8. – Susceptibilité magnétique χ en fonction de la température dans les échantillons SrFe1-xScxO3- (insert : χ-1).


Résistivité ρ en fonction de la température dans les échantillons<br class='autobr' />
SrFe1-xScxO3

Figure 9. Résistivité ρ en fonction de la température dans les échantillons
SrFe1-xScxO3-.