Abstract :
Sondes à magnétorésistance géante pour l’imagerie magnétique 3D locale
Résumé :
La caractérisation quantitative à l’échelle locale des propriétés magnétiques des matériaux présente un grand intérêt pour des applications telles que la science des matériaux, la nano-métrologie, le paléomagnétisme ou le contrôle non destructif (CND). Sur la base d’une technique d’imagerie magnétique proposée au SPEC, un scanner magnétique a été développé, permettant une mesure simultanée et quantitative des trois composantes des champs magnétiques de fuite émis par un matériau, en statique ou en dynamique, dans le but de donner accès à leur microstructure magnétique, et d’apporter des informations locales précises sur les propriétés magnétiques des matériaux.
Pour cela, une sonde 3D locale, constituée de capteurs à magnétorésistance géante (GMR), a été conçue et optimisée pendant cette thèse. L’intérêt d’utiliser ce type de capteurs, issus de l’électronique de spin, est multiple. En effet, ils possèdent une très bonne sensibilité, de l’ordre du nT/sqrt(Hz), planaire et unidirectionnelle. Ainsi, le fait de les disposer sur les différentes faces d’un support pyramidal permet de réaliser une mesure complète des champs magnétiques de fuite émis par un matériau lors du balayage de sa surface sur plusieurs millimètres ou centimètres. De plus, leur taille micrométrique permet d’atteindre une résolution de l’ordre de quelques dizaines de microns et les rend facilement intégrables au sein d’un dispositif de mesure à balayage, adaptable en fonction de l’application visée.
Par ailleurs, la reconstruction 3D des champs repose, en partie, sur la détermination d’une matrice de sensibilité caractéristique de la mesure et des capteurs. Aussi, des techniques de simulation et de calcul algorithmique ont été mises en œuvre pour déterminer cette matrice et proposer une reconstruction fiable et précise des champs.
Ainsi, durant cette thèse, plusieurs éléments ont été développés afin de construire l’instrument de mesure “Scanner magnétique à sonde 3D locale” final : les capteurs GMR, les sondes 3D, la caractérisation précise de leur matrice de sensibilité, l’électronique de mesure ainsi que le setup de scan et de contrôle de la hauteur, les programmes de reconstruction des champs, les échantillons de calibration, etc. Les mesures sur des échantillons de calibration ont permis de valider cette technique d’imagerie magnétique pour ensuite l’éprouver sur un certain nombre de matériaux divers et variés venant de plusieurs applications : lames minces de roches magnétiques pour le paléomagnétisme, pièces en acier pour le CND, nano-aimants pour la recherche fondamentale et pièces métalliques issues de la fabrication additive (avec une sonde adaptée en récepteur du capteur courants de Foucault).
Mots-clés :