Grant: Discovery Grants Program - Individual

Les matériaux multifonctionnels sous forme de films tels que les matériaux magnetoélectriques sont prometteurs pour des applications en spintronique, photonique mais aussi pour le photovoltaïque, notamment dans la perspective de contrôler l'aimantation d'un matériau à partir d'un champ électrique. Les composites magnétoélectriques (ME) dits artificiels, constitués de phases ferroélectriques et magnétiques séparées, permettent de contourner la rareté de matériaux multiferroïques monophasiques (intrinsèques) tels que BiFeO3. Malheureusement, la fabrication des films composites ME nécessite des technologies extrêmement sophistiquées et couteuses comme l'épitaxie par jets moléculaires, le PLD, le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) la nanolithographie, etc. De plus, des températures très élevées (>500oC) sont nécessaires pour compléter la synthèse et obtenir des matériaux cristallisés. De ce fait, dans ce programme de recherche, notre objectif principal est d'établir de nouvelles méthodes de synthèse de matériaux composites ME nanostructurés artificiels à basse température sous forme de films. De plus, ces composites ME peuvent être produits sans aucun appareil spécial et peuvent être intégrés dans des dispositifs de nouvelle génération tels que les mémoires non volatiles, les capteurs, les récupérateurs d'énergie, etc. Dans cet objectif, nous proposons une nouvelle stratégie pour fabriquer un nouveau type de couches minces composites ME que nous avons baptisé type 0-2, selon un mode de construction ascendant. Cette stratégie sera basée sur l'élaboration d'un film 2D opale inverse (OI) du matériau ferroélectrique qui servira comme gabarit pour déposer et faire croitre des nanoparticules du matériau ferromagnétique dans les macropores encadrés par les parois de l'OI du matériau ferroélectrique. De plus, la réaction et la cristallisation des matériaux seront réalisées à basse température (<150°C) et sans aucun appareil spécial. Dans cette nouvelle structure, puisque les nanoparticules du matériau ferromagnétique (ex. NiFe2O4) seront bien confinées dans les macropores du film 2D OI (ex. BaTiO3), le problème de fuite pourrait être résolu puisque les parois du matériau ferroélectrique coupent le flux de courant. D'autre part, le film 2D OI peut être utilisé de manière flexible pour réaliser des multicouches ainsi que pour contrôler l'ordre de distribution des composites, puisque les structures opale inverse avec des macropores de différents diamètres peuvent être obtenues en changeant simplement la taille les billes de polystyrène (PS) du gabarit. En conclusion, réunir les propriétés de magnétisme et d'électricité en un matériau unique permet de réduire les déchets, et le contrôle de l'aimantation par un courant permet de réduire la consommation énergétique. Outre l'aspect scientifique et fonctionnel, ces composites ME OI de type 0-2 seront donc également utiles d'un point de vue énergétique et écologique.