Sujet de stage / Master 2 Internship

Le but de ce stage est de trouver de nouveaux grenats de terres rares ayant de meilleures performances magnétocaloriques comme alternative à l'hélium liquide.

Des réfrigérants alternatifs sont nécessaires pour remplacer l'utilisation d'hélium liquide de plus en plus rare, mais nécessaire pour refroidir, par exemple, les aimants supraconducteurs utilisés dans l'imagerie par résonance médicale. Les matériaux magnéto-caloriques, avec leur pouvoir de refroidissement entropique, lorsqu'ils sont soumis à un champ magnétique, peuvent être une bonne solution de remplacement.

Les grenats à base de gadolinium développés récemment présentent des effets magnéto-caloriques (MCE) parmi les plus importants ; cependant, leur pouvoir de refroidissement atteint son maximum en dessous de 2 K, ce qui est trop faible pour de nombreuses applications de l'hélium liquide. L'objectif de ce stage est de trouver de nouveaux grenats de terres rares présentant de meilleures performances magnéto-caloriques : à ce jour, il reste beaucoup à explorer et à comprendre sur l'optimisation du MCE dans les grenats Ln₃Ga₅O₁₂. De plus, la structure du grenat est suffisamment adaptable pour offrir un riche terrain de jeu pour les substitutions : les sites cationiques peuvent être divisés en trois environnements distincts, un dodécaédrique pour les ions de terres rares sur le réseau hyperkagome, et un environnement octaédrique (B) et tétraédrique (C).

Pour atteindre cet objectif, le stage se concentrera sur l'étude des oxydes de grenat à haute entropie. Les oxydes à haute entropie sont des matériaux monophasés qui contiennent cinq cations principaux ou plus en quantités équimolaires sur un site donné, de manière à minimiser l'énergie de Gibbs du mélange et à favoriser la stabilisation thermodynamique d'une phase unique avec des cations multiples. Le désordre chimique est une cause connue de transitions de phases magnétiques lentes pendant le refroidissement, ce qui entraîne souvent une augmentation de l'ECM. Par conséquent, les grenats à haute entropie sont des candidats potentiellement très attrayants comme réfrigérants magnétiques.