Modélisation, développement et caractérisation de matériaux magnétiques à base de nanofils ferromagnétiques pour les technologies hyperfréquences

Les métamatériaux électromagnétiques, constitués d'éléments dont la taille est très inférieure à la longueur d'onde guidée aux fréquences d'intérêts, font l'object d'intenses recherches depuis plusieurs années, notamment à cause de la possibilité de contrôler les paramètres constitutifs des matériaux, tels les tenseurs de permittivité et de perméabilité. Puisque la performance des dispositifs hyperfréquences repose sur notre capacité à contrôler la permittivité et la perméabilité, et donc les relations de dispersion, des matériaux constituants les dispositifs, les métamatériaux électromagnétiques forment une classe de matériaux prometteurs pour la conception de nouveaux dispositifs hyperfréquences aux performances accrues. Les réseaux de nanofils ferromagnétiques (FMNWAs, pour ferromagnetic nanowire ar-rays) constitués d'inclusions métalliques, magnétiques, cylindriques, de taille nanométrique,dans une matrice hôte diélectrique, possèdent un riche spectre de relations de dispersion aux fréquences micro-ondes accordables à l'aide d'un champ magnétique ; ces métamatériaux magnétiques offrent une possibilité de contrôle additionnel des relations de dispersion des dispositifs hyperfréquences. Une meilleure compréhension de la réponse hyperfréquence des FMNWAs nous permettrait d'évaluer le potentiel technologique de ces matériaux prometteurs. Dans ce contexte de recherche, l'objectif de la thèse est de développer une meilleure compréhension de la réponse hyperfréquence des réseaux de nanofils ferromagnétiques métalliques, cylindriques et verticaux. En particulier, nous sommes intéressés par les FMNWAs fabriqués par des procédés électrochimiques compatibles avec les technologies de fabrication de dispositifs micro-ondes actuelles. Pour répondre à cet objectif, nous développons d'abord un montage permettant de fabriquer des membranes nanoporeuses d'alumine par anodization de l'aluminium. Des membranes d'alumine de 20 et 40 nm sont obtenues par ce procédé de fabrication. Une caractérisation structurelle des membranes nanoporeuses d'alumine par microscopie électronique à balayage montre un arrangement quasi-hexagonal des pores. Des membranes commerciales d'alumine de 170 nm de diam`etre, dont l'arrangement des pores est al´eatoire, sont utilisées pour fins de comparaison. Des nanofils de Ni et d'un alliage de Co95Fe4B1 sont obtenus par ´electrod´eposition à l'intérieur des pores de membranes nanoporeuses d'alumine, utilisées comme matrice hôte. Des FMNWAs de 20, 40 et 170 nm de diamètre, plusieurs microns de longueur, sont obtenus. Une caractérisation de fils individuels de CoFeB par microscopie électronique en transmission montre une texture nanocristalline.