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Theses

Theoretical and computational studies of the thermomechanics of magnetic materials

Résumé : Le magnétisme est l'un des plus anciens phénomènes rapportés de l'histoire des sciences naturelles et probablement l'un des plus fascinants. Véritable manifestation macroscopique de la physique quantique, il subit en s'y couplant, l'influence de nombreux réservoirs énergétiques et statistiques, dont ceux de la thermique et de la mécanique. En remarquant qu'un moment magnétique élémentaire est un objet composite formé grâce à des variables anticommutantes inobservables, on peut engendrer une dynamique Hamiltonienne couplant ce degré de liberté à ceux provenant des autres réservoirs, eux-mêmes décrits par la dynamique de variables aléatoires. La première étape est d'étudier la dynamique d'un moment magnétique, vu comme un spin classique dans de tels bains. \`{A} cette fin on considère un bain magnétique afin d'évaluer la possibilité de mimer les effets de couplage entre moments magnétiques ainsi que le couplage magnétoélastique par un tel modèle effectif. Par la suite, nous montrons que la précession d'un spin classique peut être modélisée par une dynamique de Nambu qui facilite la description de la nature, additive ou multiplicative, des couplages stochastiques. La dynamique ainsi produite est d'abord étudiée numériquement de façon stochastique en moyennant les différentes réalisations obtenues; ensuite, un modèle déterministe sur la hiérarchie des moments statistiques est établi puis fermé afin de développer une méthode à la fois plus rapide, mais également déterministe de déduction des propriétés magnétiques. Finalement, pour illustrer la pertinence tangible de toutes ces notions, nous construisons une dynamique étendue de particules ``fictives'' portant à la fois un moment magnétique et une déformation mécanique locaux exprimant la magnétoélasticité, d'une part dans une approche Lagrangienne puis Hamiltonienne. Pour chacune des deux approches nous étudierons la dynamique du retournement ultrarapide d'aimantation pour NiO, oxyde antiferromagnétique prototype, sous sollicitations mécanique et électrique. Le formalisme, exposé ici, aussi bien conceptuel qu’informatique, ne sert pas, seulement, comme un exemple de l’état de l’art, mais permet une description des propriétés des milieux magnétiques, qui est fondamentale aussi bien pour la conception de nouveaux matériaux, que comme modèle pour aborder d’autres questions portant sur l’interaction entre bruit et variables dynamiques, plus généralement.
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https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-02908637
Contributor : Thomas Nussle <>
Submitted on : Wednesday, July 29, 2020 - 12:44:34 PM
Last modification on : Thursday, July 30, 2020 - 4:00:18 AM

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  • HAL Id : tel-02908637, version 1

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Thomas Nussle. Theoretical and computational studies of the thermomechanics of magnetic materials. Materials Science [cond-mat.mtrl-sci]. Université de Tours, 2019. English. ⟨tel-02908637⟩

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