Modélisation multiéchelle de la réponse magnétique de matériaux hétérogènes // Multiscale modeling of the magnetic response of heterogeneous material

La dépendance spectrale de la perméabilité des matériaux magnétiques, que ce soit dans les matériaux composites ou massifs, reste un sujet complexe, en raison des différentes échelles des phénomènes impliqués. Des modèles analytiques approximatifs sont souvent utilisés pour décrire la réponse en fréquence des matériaux magnétiques, notamment pour améliorer leurs performances dans des domaines comme l’électronique de puissance. Des résultats récents ont montré que des codes de micro-magnétisme permettent maintenant de prédire la réponse d’un ensemble de nanoparticules couplées, ou d’une particule d’un volume représentatif des matériaux en question. Cette thèse vise à utiliser ces outils pour améliorer les modèles analytiques existants. Une inclusion baignant dans un champ effectif sera le paradigme à partir duquel la structure en domaine et la réponse spectrale de la particule seront calculées en utilisant un code de micro-magnétisme. Les matériaux étudiés incluent des particules sphériques ou à fort rapport de forme (oxydes magnétiques, pétales ferromagnétiques) à concentration variable, allant des milieux dilués aux matériaux massifs. Des pistes seront ainsi dégagées pour optimiser la microstructure des matériaux, en vue de meilleures performances dans des applications comme l’électronique de puissance et les composants hyperfréquences. A cet effet, le CEA offre un environnement de calcul scientifique avec des ressources HPC, ainsi que des capacités pour l’élaboration d'échantillons et les caractérisations magnétiques statiques et dynamiques. A l’issue de ce travail, le candidat aura acquis une très bonne maîtrise des relations microstructure-propriétés décrites par une approche numérique appliquées aux matériaux magnétiques. Plus généralement, cette démarche est en pleine expansion dans le domaine des matériaux ("materials par design", ou conception numérique des matériaux).
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The spectral dependence of the permeability of magnetic materials, whether in composite or dense materials, remains a complex issue due to the different scales of the phenomena involved. Approximate analytical models are often used to describe the frequency response of magnetic materials, particularly to improve their performance in areas such as power electronics. Recent results have shown that micro-magnetism codes can now predict the response of a system of coupled nanoparticles or a particle representing the volume of the materials in question. This thesis aims to use these tools to improve existing analytical models. An inclusion immersed in an effective field will be the paradigm from which the domain structure and the spectral response of the particle will be calculated using a micro-magnetism code. The materials studied include spherical particles or those with a high aspect ratio (magnetic oxides, ferromagnetic petals) at varying concentrations, ranging from dilute media to dense materials. This work will identify pathways to optimize the microstructure of materials for better performance in applications such as power electronics and microwave components. To this end, CEA provides a scientific computing environment with access to HPC resources, as well as facilities for sample preparation and static and dynamic magnetic characterization. At the end of this work, the candidate will have gained a solid understanding of the microstructure-property relationships described by a numerical approach applied to magnetic materials. More generally, this approach is expanding in the field of materials to improve their properties in various fields, under the designation "materials by design".
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Pôle fr : Direction des Applications Militaires
Pôle en : Military Applications
Département : CER
Service : CER
Laboratoire : CER
Date de début souhaitée : 01-10-2025
Ecole doctorale : Physique en Île-de-France (EDPIF)
Directeur de thèse : VUKADINOVIC Nicolas
Organisme : Dassault aviation

Financement public/privé

Pôle fr : Direction des Applications Militaires
Pôle en : Military Applications
Département : CER
Service : CER

master 2 en science des matériaux, école d'ingénieur formation matériaux