Thèses (M.Sc.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2004. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

La dynamique des paroi de domaine est utilisée dans de nombreux dispositifs de spintronique basés sur des micro et nanofils magnétiques pour la transmission et le stockage de l'information. La vitesse de la paroi de domaine est donc un des paramètres qui déterminent la vitesse de fonctionnement de ces dispositifs. Actuellement, un accent considérable est mis sur la compréhension de l'origine des grandes vitesses parois de domaines dans les microfils, qui peuvent atteindre 20 km/s. Dans ce travail, des fortes vitesses de parois ont été trouvées en présence de deux principaux facteurs: (i) une valeur relativement faible de l'anisotropie magnétique, et (ii) une distribution complexe de l'anisotropie magnétique due aux contraintes internes. En outre, la dynamique d'une paroi de domaine a été étudiée pour les échantillons à diamètre réduit, jusqu'à 1 μm. Il a été démontré que la dynamique d'une paroi de domaine est la même que dans les échantillons plus épais, ce qui confirme que les vitesses élevées ne sont pas seulement liées à la taille des microfils. L'observation directe de la structure de surface des parois de domaines par microscopie MOKE confirmé la forme de la paroi de domaine inclinée par rapport à l'axe du fil. Une nouvelle méthode a été proposée pour effectuer des observations sur des échantillons cylindriques. La structure inclinée de la paroi de domaine est jugée en partie responsable des valeurs élevées de vitesse apparente des parois de domaines mesurées par la méthode Sixte-Tonks dans ces microfils. / The domain wall dynamics is used in many spintronic devices based on the uniaxial ferromagnetic wires to transport and store information. Therefore, the domain wall velocity is one of the main parameters that determine the operation speed of these devices. Recently, a big attention is being paid to amorphous glass-coated microwires due to the very high domain wall velocities that reach up to 20 km/s. In this work, the fast domain wall propagation in amorphous glass-coated microwires was found in the presence of two main factors: (i) relatively low magnetic anisotropy, (ii) complex geometry of magnetic anisotropies given by internal distribution of mechanical stresses. The domain wall dynamics was examined in amorphous glass-coated microwires of reduced diameter down to 1 μm. It was shown, that the domain wall dynamics in these wires is the same as in wires of bigger diameter. It proves that the high domain wall velocities in microwires are not the effect of microwire diameter value. The direct observation of the surface domain wall structure by use of MOKE microscope confirmed that the domain wall is inclined relatively to the main axis. A new method for magneto-optical observation of the samples with cylindrical geometry was proposed. The inclined structure of the domain wall was found to be partially responsible for the high apparent domain wall velocity measured by the Sixtus-Tonks method in microwires. / Dynamika doménovej steny sa používa v mnohých spintronických zariadeniach na báze tenkých magnetických drôtoch na prenos a uchovávanie informácie. Rýchlosť doménovej steny je preto jedným z parametrov, ktoré určujú operačnú rýchlosť týchto zariadení. V súčasnosti je kladený značný dôraz na pochopenie pôvodu veľkých rýchlostí doménovej steny v mikrodrôtoch, kde rýchlosti dosahujú až 20 km/s. Veľké rýchlosti doménovej steny v mikrodrôtoch boli v tejto práci nájdené v prítomnosti dvoch faktorov: (i) relatívne nízka hodnota magnetickej anizotropie a (ii) zložitá distribúcia magnetických anizotropií daných vnútornými pnutiami. Navyše, dynamika doménovej steny bola študovaná aj na vzorkách s redukovaným priemerom až do 1 μm. Bolo ukázané, že dynamika doménovej steny je v týchto drôtoch rovnaká ako je tomu v hrubších vzorkách, čo potvrdzuje, že vysoké rýchlosti nie sú len efektom rozmeru amorfných, sklom potiahnutých mikrodrôtoch. Priame pozorovania povrchovej štruktúry doménovej steny pomocou MOKE mikroskopu potvrdili naklonený tvar doménovej steny vzhľadom na os drôtu. Bola navrhnutá nová metóda na vykonávanie magneto-optických pozorovaní valcových vzoriek. Naklonený tvar doménovej steny bol nájdený ako jeden z faktorov umožňujúcich zdanlivo veľké rýchlosti doménovej steny meraných Sixtusovou-Tonkosvou metódou na mikrodrôtoch.

Dans cette thèse, nous étudions deux systèmes désordonnés du point de vue du de la transition de dépiégeage (depinning). Dans les deux cas, la dynamique est régie par la compétition entre un paysage aléatoire qui tend à induire des fluctuations et des interactions élastiques qui tendent à les limiter. Dans la première partie, nous développons un modèle mésoscopique simplifié qui vise à rendre compte des propriétés génériques de la plasticité des matériaux amorphes. La déformation plastique des matériaux amorphes présente une phénoménologie qui rappelle les propriétés critiques observées au voisinage d'une transition de dépiégeage: émergence d'un seuil critique (ici la contrainte plastique), dynamique d'avalanches, etc. L'interaction élastique à l'oeuvre dans ce modèle de plasticité dérive directement de la solution élastique d'Eshelby associée à la présence d'une inclusion plastique dans une matrice élastique. Nous montrons que cette interaction anisotrope et à longue portée est caractérisée par la présence de modes mous. ces derniers ont un impact dramatique sur la localisation et les fluctuations de déformation plastique qui augmentent de manière diffusive. Cette phénoménologie n'est pas présente dans le dépiégeage tel qu'il est souvent traité, par exemple avec une approche champ moyen. Nous montrons que les bandes de cisaillement sont des modes mous de l'intéraction d'Eshelby et affectent aussi bien la localisation que les propriétés universelles. Par ailleurs, en testant deux cas extrèmes, nous avons trouvé que les détails du paysage désordonné n'ont pas d'impact particulier sur les propriétés universelles. En application de ce travail, nous montrons que le renforcement des matériaux amorphes par des inclusions dures est relié à la percolation des bandes de cisaillement entre les inclusions. Dans la deuxième partie, nous étudions la morphologie d'une ligne de démouillage en recul sur des surfaces inhomogènes. Contrairement aux modèles de dépiégeage standard, nous développons ici une méthode permettant de décrire le régime de grandes déformations de la ligne de contact et le déchirement de la couche. Nous montrons l'existence d'une concentration seuil des inhomogeneités. Au delà de cette concentration, la ligne s'arrête à une distance finie et autour de la concentration critique, présente des propriétés de type critique. / In the present thesis, two disordered systems are investigated from the depinning perspective. In both of them, the dynamics is governed by the competition between elastic interactions and a disordered landscape. In the first part, we use a simplified mesoscopic model to investigate the generic properties of amorphous plasticity. The yielding of amorphous materials shows universal properties similar to the depinning transition. As such, it is often described by mean field approaches. Here we show that the soft modes present in the interaction kernel (based on the Eshelby solution for a plastic inclusion in an elastic matrix) have a dramatic impact on localization and result in diffusively increasing plastic strain fluctuations. This additional phenomenology is absent in standard depinning and, despite its important consequences, is disregarded in mean field descriptions. We show that shear bands are soft modes of the Eshelby interaction kernel and, besides localization, they affect the universal properties as well. At the same time, we found by testing two extreme cases that the form of the disordered landscape has no considerable impact on the universal properties. As an application, we show that the reinforcement of amorphous materials by hard inclusions is related to the percolation of shear bands in between the inclusions. In the second part of the thesis, we study the morphology of a receding dewetting line on inhomogeneous surfaces. Unlike in standard depinning models, here we developed a method suitable to describe the large deformation regime of the contact line and tearing up of the layer. We show the existence of a threshold concentration of inhomogeneities. Above this concentration the line stops within at finite distance, and around the critical concentration it features critical-like properties.

Cette thèse porte d'une part sur la conception et la caractérisation d'alliages métalliques pour des applications dans les domaines de la réfrigération magnétocalorique ou thermoélectrique ; ces alliages ont été conçus en tenant compte à la fois des critères dictés par l'application recherchée et des critères dictés par la nécessité de vitrifier l'alliage. Dans un deuxième temps, ce travail montre qu'il est en partie possible de prédire le domaine et l'aptitude de vitrification d'un système donné par une approche thermocinétique basée sur des données thermodynamiques.

Les matériaux amorphes présentent des excitations de basses énergies d'origine élastique qui sont absentes des cristaux simples et qui leur confèrent à basse température (T<1K) des propriétés physiques particulières et quasi-universelles. Dans le modèle phénoménologique des états tunnel, ces excitations résultent du passage par effet tunnel de groupes d'atomes entre plusieurs configurations équivalentes. Afin de mieux comprendre la nature microscopique de ces états tunnel et leur lien avec le désordre structural, nous nous sommes intéressés à des matériaux présentant un ordre intermédiaire, entre amorphe et cristallin. Nous avons ainsi mesuré par une méthode propagative les propriétés acoustiques, vitesse et atténuation ultrasonores, de différents quasicristaux et cristaux de grandes mailles entre 15mK et 40K. Une première expérience dans un quasicristal mono-grain i-AlCuFe de très bonne qualité structurale a montré l'existence d'états tunnel avec une densité d'états similaire à celle des amorphes. De plus, les mesures dans un approximant R-AlLiCu, et dans deux quasicristaux i-AlLiCu imparfaits, dont l'un a été recuit pour améliorer sa qualité structurale, ont montré que la densité d'états des états tunnel augmentait avec la qualité de l'ordre quasicristallin. Il apparaît donc que les états tunnel ne sont pas liés à des défauts de structure tels que les phasons mais qu'ils sont intrinsèques à l'ordre quasicristallin. Ceci est confirmé par l'observation d'une anisotropie du couplage phonons-états tunnel dans un quasicristal bidimensionnel décagonal d-AlNiCo. Nous avons aussi étudié des matériaux avec un ordre encore plus prononcé : des monocristaux d'olivine et de cordiérite possédant une maille cristalline de grande dimension (respectivement 28 et 116 atomes par maille). Nous avons montré que des états tunnel existaient déjà dans ce type de matériaux, avec une densité d'états plus faible, mais qui augmente avec la taille de la maille.

Ce travail porte sur l'étude du comportement protecteur vis-à-vis de la corrosion de revêtements amorphes base Si élaborés par dépôt chimique en phase vapeur.<br />Le caractère protecteur de revêtements de type SiOx et SiOxNy a été analysé sur différents types de substrats. La tenue à la corrosion résulte de la faible porosité et de la nature très isolante de ces couches. <br />La protection fournie par des dépôts SiCx et SiCxNy utilisés comme couche d'accrochage au DLC (“Diamond Like Carbon”) a ensuite été étudiée. L'influence du taux d'incorporation d'azote de films SiCxNy a révélé une corrélation entre la structure chimique, déterminée par XPS, et le caractère semi-conducteur de la couche, établi par Mott-Schottky. La tenue à la corrosion a été directement associée à la densité de porteurs de charge.<br />L'étude a été complétée par une caractérisation électrochimique et une approche tribocorrosion du caractère protecteur fourni par des revêtements duplex SiCxNy / DLC.

Comme tous les milieux amorphes, lorsque les milieux granulaires sont soumis à une contrainte suffisamment importante, ils présentent de la localisation de la déformation. Lors de la rupture d'un matériau granulaire, on assiste ainsi à la formation de bandes de cisaillement. Cette transition solide-liquide est encore largement incomprise. Dans le but de caractériser cette dynamique et d'observer des précurseurs à la rupture, nous avons développé un dispositif expérimental original de test biaxial en déformation plane. Il consiste à appliquer une compression uni-axiale quasi-statique à un échantillon granulaire modèle constitué de micro-billes de verre soumis à une pression de confinement. La compréhension des mécanismes physiques mis en jeu nécessite d'observer de très faibles déformations, pour cela nous utilisons une méthode interférométrique basée sur la diffusion multiple de la lumière. Lors des expériences, nous avons mis en évidence deux types de déformation distincts caractérisés par une dynamique et des angles caractéristiques différents. Avant la rupture, on observe une dynamique intermittente de micro-bandes organisées en réseau. Il s'agit de la première observation de ce type de dynamique que nous interprétons comme une cascade de réarrangements localisés de type Eshelby. Cette dynamique collective émergente ne fait pas intervenir la friction et s'inscrit dans le cadre de la plasticité des amorphes. À la rupture, nous observons des bandes permanentes dont l'inclinaison est donnée par l'angle de friction interne (Mohr-Coulomb). Au cours de la charge, ces deux types de déformation cohabitent, révélant une transition complexe d'un écoulement plastique à une localisation sur des bandes frictionnelles. / Granular materials belong to amorphous media and display localization of deformation when submitted to a large enough stress. Indeed, shear bands appear at the failure of a granular medium and this solid/liquid transition is still an open question. In order to characterize this dynamics and to observe rupture precursors, we developed an experimental device of plane strain biaxial test. It consists in a quasistatic uniaxial compression of a model granular sample made of glass microbeads under confinement pressure. We used an original interferometric method based on multiple light scattering to probe tiny deformations. Our experiments evidenced two types of deformation, those two behaviors differ in their dynamics and their characteristic angle. We observed for the first time an organization of the deformation in an intermittent microbands network from the early stage of the loading. We interpreted this behavior as a cascade of Eshelby-like localized rearrangements. This emerging collective dynamics is not due to friction and can be understood in the framework of amorphous media plasticity. At the failure, permanent shear bands of inclination governed by internal friction angle (Mohr-Coulomb) appear. During the loading, both types of strain coexist displaying a complex transition between plastic flow and frictional shear bands.

L’étude des phases amorphes et cristallines de solutions permet est d'un fort intérêt pour la biologie et la planétologie. Le but de cette thèse est l’exploration du diagramme de phase des solutions d’électrolytes (LiCl et NaCl dans l’eau) sous des conditions de pression et température typiques des corps glacés tels Europe et Ganymède (de 77 à 300 K et jusqu’à 5 GPa). Nous avons étudié des phases de glaces amorphes et cristallines pouvant incorporer des quantités considérables de sel (jusqu’à 10 % de masse de sel). En outre de la mise en évidence de phases de glace salées, nous avons caractérisé deux propriétés exotiques induites sous pression, à savoir le polyamorphisme et l’inclusion des ions dans le réseau de la glace. Nous avons produit des échantillons de phase amorphe de solutions de NaCl dans l’eau par trempe rapide à 77 Kelvin. Nos expériences de diffraction de neutron et de rayons X montrent que la structure locale de cette phase amorphe est très similaire de celle de la phase haute densité de l’eau pure. Nos expériences haute pression avec la presse Paris-Edinbourg et nos calculs de dynamique moléculaire montrent que la densité et la structure évoluent de manière continue en compression jusqu’à 4 GPa. La possibilité d’inclusion du sel (NaCl) dans le réseau de la glace VII sous pression dans nos expériences est analysée en comparaison avec des simulations utilisant la théorie de la densité fonctionnelle. La glace VII qui cristallise dans nos expériences est soit pure, soit elle contient une fraction faible des ions de la solution mère. Il est possible que des quantités de sel plus grandes puissent être incorporées à des pressions plus élevées. / The study of amorphous and crystalline phases of solutions gives essential insight on the behaviour of water under conditions relevant for biology and planetary science. The aim of this work is the exploration of the phase diagram of common electrolyte solutions (LiCl-water, NaCl-water) under pressure and temperature conditions (from 77 K to 330 K and up to 5 GPa) relevant for icy bodies such as Europe and Ganymede. In experiments and simulations we search for crystalline phases of ice at high-pressure, which can contain considerable amounts of salt in their lattice (up to 10 % of by weight). We probe the existence of these salty ices, and characterize two exotic, pressure induced properties, polyamorphism and ionic inclusions in the ice lattice. We have produced highly concentrated amorphous solutions of NaCl in water by fast quenching to liquid nitrogen temperature. Our neutron and X-ray diffraction experiments show that the local structure of this amorphous solution at ambient pressure is very similar to the high density amorphous structure of pure water. Our high-pressure experiments with the Paris-Edinburgh cell and our classical Molecular Dynamics calculations show only smooth structure and density changes during compression up to 4 GPa. We discuss the possibility of salt (NaCl) inclusions in the ice VII lattice at high pressure in our experiments by complementary calculations based on Density Functional Theory. The ice VII which crystallized in our experiments is either pure ice, or it contains only a small fraction of the ions from the solution. It may be possible that ions can be included in larger quantities at higher pressures.

Plusieurs problématiques physiques, technologiques, instrumentales et industrielles ont été traitées dans ce travail, Anomalies de résistivité d’alliages liquides observées lors d’une première montée en température. Il est intéressant d’essayer de comprendre le mécanisme à l’origine de ce phénomène. Alliage à base de bismuth pour comprendre le comportement des métaux lourds purs et alliés à un second métal (In). Nous avons discuté le choix de la valence du bismuth pur ainsi qu’allié à l’indium pour interpréter le transport électronique. Étude exhaustive, en collaboration avec la TU de Chemnitz dans le cadre de COST MP0602, de nouvelles compositions de soudures "hautes températures" à base de Sn-Ag dopés In, Ge et Bi susceptibles d’améliorer les caractéristiques des soudures. Nous avons étudié les conductivités électriques et thermiques, la tension superficielle et la densité de ces alliages. Utilisation du dispositif automatique de mesure simultanée de résistivité et du coefficient de Seebeck pour caractériser des transformations de phase et de structures d’alliages métalliques solides. Nous avons montré l’utilité du dispositif en tant que méthode de "contrôle non destructif" en caractérisant la recristallisation de rubans d’amorphes métalliques. Nous avons interprété les propriétés de transport grâce au formalisme de Ziman, prouvant ainsi que ce formalisme pouvait être utilisé pour interpréter le transport électronique de solides. Étude à l’état liquide, de transport électronique d’alliages à des compositions donnant des quasi cristaux à l’état solide. Presque aucune étude sur des matériaux de ce type n’avait été réalisée auparavant à notre connaissance / Several physical, technological, instrumental and industrial objectives were treated in this thesis. Anomaly of resistivity of liquid alloys observed during a first temperature rise. It is interesting to try to understand the mechanism at the origin of this phenomenon. Bismuth alloys to understand the behaviour of pure heavy metals and alloyed with a second metal (In). We discussed for bismuth the choice of the valence as well pure as allied to indium to interpret the electronic transport. Exhaustive study, (in collaboration with Chemnitz TU in the frame of COST MP0602) of new compositions of high temperatures solders based on Sn-Ag doped with In, Ge and Bi in order to improve the solders characteristics. We studied electrical and thermal conductivity, surface tension and mass density of these alloys. Use of an automated device of simultaneous measure of resistivity and Seebeck coefficient to characterize phase and structure transitions in solid metallic alloys. We showed the usefulness of the device as a method of "non destructive testing" by characterizing the recrystallisation of metallic amorphous ribbons. We interpreted the transport properties using the Ziman formalism and proved that this formalism could be also used to interpret the electronic transport of solid. Study of the electronic transport, in the liquid state, of alloy compositions giving quasi-crystals in the solid state. Almost no study on such kind of materials had been published before to our knowledge

Par la mise en œuvre de simulations numériques d'un modèle bidimensionnel de verre de Lennard-Jones, nous étudions l'effet de la température sur les mécanismes élémentaires de la déformation dans les matériaux amorphes. Nous présentons un ensemble très complet de données couvrant plusieurs décades de taux de cisaillement à différentes températures en dessous et jusqu'à la transition vitreuse. Les mesures, qui portent sur la diffusion transverse, la contrainte macroscopique ainsi que sur des champs mésoscopiques (déformation, contrainte) et leurs corrélations spatiales, conduisent à proposer que la dynamique des avalanches identifiée précédemment dans les simulations athermiques continue d'être à l'œuvre - en restant presque inchangée - jusqu'à la transition vitreuse. Nous arguons que dans la gamme de paramètres utilisée l'effet des fluctuations thermiques revient à déplacer les seuils auxquels les événements dissipatifs se produisent, ce qui se traduit par une forte baisse du niveau de contrainte macroscopique aux températures les plus basses / Using numerical simulations of a model two-dimensional Lennard-Jones glass, we study the effect of small temperatures on the elementary mechanisms of deformation in amorphous materials. A very extensive data set covering several decades of shear rate at various temperatures below and up to the glass transition was compiled. Measurements, which include transverse diffusion, macroscopic stress, and coarse-grained fields (strain, stress) and their spatial correlations, lead us to propose that the avalanche dynamics previously identified in athermal simulations continues to be at work -- and nearly unchanged -- up to the glass transition. It is then argued that in this range, thermal fluctuation essentially shift the strains at which dissipative events take place, which results in a sharp drop of the macroscopic stress level at the lowest temperatures