Étude des comportements critiques et effets de compensation dans les nanostructures magnétiques par simulation Monte Carlo

Abstract

Les nanomatériaux présentent des propriétés magnétiques uniques, suscitant un intérêt crois- sant grâce à la diversité de leurs applications potentielles dans des domaines variés, notamment en nanotechnologie. La présente thèse s’inscrit dans cette dynamique et vise à explorer les propriétés magnétiques de systèmes à spins mélangés de différentes géométries, à travers l’ap- plication de techniques computationnelles avancées. Afin d’atteindre les objectifs fixés, une approche méthodologique en deux volets a été adoptée : un premier volet axé sur les aspects théoriques et conceptuels, et un second orienté vers les applications pratiques. La partie théo- rique offre une vue d’ensemble sur le magnétisme, la structure des nanomatériaux ainsi que leurs caractéristiques magnétiques et hystérétiques. En parallèle, cette étude examine les dif- férents modèles de spins ainsi que les outils numériques et théoriques couramment mobilisés dans le cadre de nos travaux. Sur le plan expérimental, nous avons focalisé notre analyse sur les caractéristiques physiques de plusieurs systèmes cibles. Tout d’abord, l’analyse a porté sur les propriétés magnétiques des nanotubes et nanofils à spins mélangés dotés d’une structure cœur-coquille (core-shell). À l’aide des simulations Monte Carlo et de la méthode du champ moyen, l’influence de plusieurs paramètres a été étudiée, notamment l’anisotropie cristalline, les interactions intra- et intercouches, le champ magnétique externe et la température. L’axe suivant s’est intéressé aux matériaux bidimensionnels, en analysant l’impact des interactions d’échange multi-corps dans des systèmes magnétiques. Un modèle ferrimagnétique d’Ising sur un réseau carré, intégrant des interactions à quatre spins ainsi qu’un couplage entre voisins de second ordre, a été examiné. Cette approche a permis de mettre en évidence le rôle essentiel de ces interactions sur la stabilité de l’état fondamental du système, ainsi que sur les phénomènes critiques et de compensation associés. Enfin, les propriétés magnétiques des boîtes quantiques à base de graphène bilayer de forme diamant, dopées avec des impuretés magnétiques, ont été étudiées. L’analyse a permis d’évaluer l’effet de la densité de dopage sur la température critique de compensation et le champ coercitif. L’étude de l’effet magnétocalorique a révélé que certaines configurations optimisent les performances pour des applications potentielles en réfrigération magnétique, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour le développement de technologies de refroidissement écoénergétiques.