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Article

1 - CONTEXTE

2 - MATÉRIAUX MAGNÉTIQUES : QUELS BESOINS EN HYPERFRÉQUENCES ?

3 - ÉLECTROMAGNÉTISME DES NANOCOMPOSITES GRANULAIRES

4 - SOLUTIONS TECHNOLOGIQUES

5 - APPLICATIONS À LA RÉALISATION DE DÉMONSTRATEURS HYPERFRÉQUENCES

6 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : NM1210 v1

Matériaux magnétiques : quels besoins en hyperfréquences ?
Nanocomposites magnétoélectriques appliqués aux hyperfréquences

Auteur(s) : Patrick QUÉFFÉLEC, Christian BROSSEAU

Date de publication : 10 avr. 2006

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RÉSUMÉ

Le secteur des télécommunications a pour enjeu dans les prochaines années l’avènement de nouvelles filières technologiques afin de réaliser des structures innovantes et de répondre aux exigences de futures applications. Ces innocations technologiques développées dans le domaines des micro-ondes démontrent l’utilité des matériaux nanostructurés fonctionnalisés. Cet article propose une étude des nanocomposites magnétoélectriques appliqués aux hyperfréquences. Après un bref rappel du contexte actuel, les matériaux magnétiques et les besoins en hyperfréquence sont passés en revue. Dans un second temps, l’électromagnétisme des nanocomposites granulaires est expliqué.

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ABSTRACT

The advent of new technological sectors is a challenge for telecommunications in order to develop innovative structures and meet the needs of future applications. These technological innovations, developed in the microwave sector prove the usefulness of functionalized nanostructured materials. This article provides a study of functionalized magnoelectric nanocomposites for hyper frequencies. After a brief overview of the present situation, magnetic materials and needs in hyper frequency are dealt with. The electromagnetism of granular nanocomposites is then explained.

INTRODUCTION

L'utilisation de ces nanomatériaux représente une solution alternative à l'emploi de ferrites conventionnels dans les dispositifs micro-ondes non réciproques. Leur fonctionnement est optimisé par une démarche d'ingénierie électromagnétique qui tire profit des propriétés originales d'assemblages de nanophases.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-nm1210


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2. Matériaux magnétiques : quels besoins en hyperfréquences ?

L'intégration de ferrites spinelles et grenat dans les circuits hyperfréquences est à l'origine de la réalisation de plusieurs fonctions de traitement du signal. Parmi ces fonctions, la plus importante est celle réalisée par les circulateurs qui consiste à séparer, par exemple, le signal émis du signal reçu dans un module d'émission-réception (cf. encadré 5 sur les isolateurs). Ces circuits, tout comme les isolateurs et certains déphaseurs, exploitent le caractère non réciproque de la propagation d'une onde électromagnétique dans les ferrites aimantés. La non-réciprocité exploite le comportement gyromagnétique des dipôles magnétiques élémentaires et l'anisotropie des ferrites aimantés. La réalisation de circuits accordables en fréquence (résonateurs, filtres, coupleurs, etc.) peut également être envisagée, car la perméabilité magnétique du milieu, et donc les conditions de propagation des signaux radioélectriques, sont modifiées sous l'action d'un champ magnétique statique.

Les métaux de transition 3d tels que le fer, le cobalt, et le nickel sont des éléments ferromagnétiques typiques présentant également une résonance gyromagnétique. Cependant, en raison de leur conductivité électrique élevée, les ondes électromagnétiques de haute fréquence sont fortement atténuées dans ces matériaux, ce qui les rend inexploitables à l'état massif en régime variable et a fortiori pour des applications micro-ondes. Pour contourner la difficulté, les milieux ferromagnétiques peuvent être utilisés dans un état fragmentaire. L'idée directrice est de mélanger des particules ferromagnétiques dans une matrice diélectrique dans le but d'obtenir un matériau composite, appelé ferrocomposite, rassemblant toutes les propriétés recherchées. Le mélange obtenu présente à la fois une forte aimantation spontanée, celle des milieux ferromagnétiques, diminuée par les effets de la dilution, et la faible conductivité des diélectriques, à condition que la taille des particules ferromagnétiques soit inférieure à l'épaisseur de peau aux fréquences exploitées.

2.1 Caractéristiques physiques

Le moment magnétique de l'électron, lié à ses moments cinétiques orbital et de spin, est à l'origine de l'aimantation dans...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - ZHENG (H.), WANG (J.), LOFLAND (S.E.), MA (Z.), MOHADDES-ARDABILL (L.), ZHAO (T.), SALAMANCA-RIBA (L.), SHINDE (S.R.), OGALE (S.B.), BAI (F.), BIEHLAND (D.), JIA (Y.), SCHLOM (D.G.), WUTTIG (M.), ROYTBURD (A.), RAMESH (R.) -   *  -  Science, 303, 661 (2004).

  • (2) - GILBERT (T.L.) -   *  -  Phys. Rev., 100, 1243 (1955).

  • (3) - POLDER (D.), SMIT (J.) -   *  -  Rev. Mod. Phys., 25, 89 (1953).

  • (4) - BROSSEAU (C.), BEROUAL (A.) -   *  -  Prog. Mater. Sci., 48, 373 (2003).

  • (5) - BERTHIER (S.) -   Optique des Milieux Composites.  -  Polytechnica (1993).

  • (6) - CHOY (T.C.) -   Effective Medium Theory, Principles and Applications.  -  Oxford University Press, Oxford (1999).

  • ...

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