Département de génie physique Fanny Béron Département de génie physique 29 mai 2008

Hystérésis ? ustέrhsiz Déficit Ancient grec : En retard Historique « 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 » « 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 M sont retardés par rapport à ceux de N, nous pouvons dire qu'il y a une hystérésis dans la relation entre M et N » Sir James Alfred Ewing (1855-1935)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

En son coeur physique Hystérésis magnétique simulée

Application expérimentale Réseau de nanofils ferromagnétiques H M H M 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)

Application expérimentale Résultat expérimental typique CoFeB, d = 175 nm, L = 25 µm H M 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

Conclusions Hystérésis ? Courbes de renversement du 1er ordre 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

Louis-Philippe Carignan 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

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

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