Alliages à haute entropie : désordre structurel et propriétés magnétiques
"Les alliages à haute entropie constituent une classe de matériaux extrêmement diversifiée et passionnante".
Les alliages à haute entropie (HEA) sont des matériaux prometteurs pour la catalyse et le stockage d'énergie. En même temps, ils sont extrêmement durs, résistants à la chaleur et présentent une grande variabilité dans leur comportement magnétique. Aujourd'hui, une équipe de BESSY II, en collaboration avec l'université de la Ruhr à Bochum, le BAM, l'université libre de Berlin et l'université de Lettonie, a acquis de nouvelles connaissances sur l'environnement local d'un alliage dit de Cantor à haute entropie, composé de chrome, de manganèse, de fer, de cobalt et de nickel, et a ainsi pu expliquer en partie les propriétés magnétiques d'un film nanocristallin de cet alliage.
L'alliage Cantor étudié est composé de chrome (gris), de manganèse (rose), de fer (rouge), de cobalt (bleu) et de nickel (vert). Les méthodes de radiographie permettent de sonder chaque composant de manière spécifique à l'élément.
© A. Kuzmin/University of Latvia and A. Smekhova/HZB
Les alliages à haute entropie ou AHE sont constitués d'au moins cinq éléments métalliques différents et constituent une classe de matériaux extrêmement intéressante avec une grande diversité d'applications potentielles(voir l'interview ci-dessous). Comme leurs propriétés macroscopiques dépendent fortement des interactions interatomiques, il est extrêmement intéressant de sonder la structure locale et le désordre structurel autour de chaque élément individuel par des techniques spécifiques à chaque élément. Une équipe s'est penchée sur un alliage dit de Cantor - un système modèle pour étudier les effets de la forte entropie à l'échelle locale et macroscopique.
Une boîte à outils à BESSY II
Pour étudier l'environnement local des différents composants, l'équipe a utilisé la spectroscopie d'absorption des rayons X à bords multiples (EXAFS) à BESSY II, puis la méthode de Monte Carlo inverse pour analyser les données recueillies. Les propriétés magnétiques de chaque élément de l'alliage ont également été étudiées à l'aide de la technique du dichroïsme circulaire magnétique aux rayons X (XMCD). Par magnétométrie conventionnelle, les scientifiques ont prouvé la présence de transitions de phase magnétique et ont trouvé certaines signatures d'un ordonnancement magnétique complexe avec une coexistence de différentes phases magnétiques.
Tendances communes aux échantillons en vrac et aux nanofilms
Les résultats de l'examen du film nanocristallin de cet alliage révèlent certaines tendances communes par rapport à un échantillon massif, par exemple, les plus grandes relaxations du réseau du chrome et le comportement magnétique encore intriguant du manganèse, qui sont cohérents avec le comportement magnétique macroscopique du film.
"Les alliages à haute entropie constituent une classe de matériaux extrêmement diversifiée et passionnante", déclare le Dr Alevtina Smekhova, physicienne à HZB et premier auteur de l'article. "En sondant le comportement des composants individuels à l'échelle atomique, nous obtiendrions des indices précieux pour le développement futur de nouveaux systèmes complexes dotés de la multifonctionnalité souhaitée", ajoute-t-elle.
Interview : Trois questions simples au Dr Alevtina Smekhova, premier auteur de l'étude.
Que sont les alliages à haute entropie ? L'idée principale de toute la classe des matériaux "à haute entropie" est de mélanger cinq éléments ou plus et de voir comment les propriétés macroscopiques vont changer. Lorsqu'il y a autant d'éléments dans un matériau, il n'est pas possible de distinguer la "matrice" du "matériau dilué". Ainsi, tous les éléments sont en quelque sorte "égaux" pour la solution solide, mais se comportent différemment en raison de leurs propriétés individuelles telles que la taille, la charge, le nombre d'électrons, l'électronégativité, etc.
Pourquoi ces HEA sont-ils si intéressants ? On a découvert que de nombreuses propriétés macroscopiques, comme la dureté mécanique, la résistance à l'irradiation, l'activité catalytique et bien d'autres, sont considérablement améliorées par rapport aux alliages conventionnels. Et il semble que toutes ces propriétés soient liées au nombre de configurations locales, qui est énorme - des milliards ! !! - en raison du nombre d'éléments.
A-t-on déjà une idée de la façon de les utiliser ? Oui, bien sûr. Ces alliages sont résistants à la chaleur et aux radiations, et pourraient être utilisés comme différents revêtements pour des conditions extrêmes, par exemple dans les réacteurs ou dans l'aviation. Des expériences chimiques récentes ont montré que les HEA sont bons pour les applications d'énergie renouvelable et pour la catalyse, par exemple pour la division de l'eau. De nombreuses personnes sont actuellement à la recherche de nouvelles propriétés et applications, et le facteur clé pour faire avancer le domaine est la compréhension du comportement des composants individuels de l'alliage à l'échelle atomique. Et avec les rayons X d'un synchrotron, il est possible de trouver des réponses à presque toutes ces questions.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Nano Research (2022): Local structure and magnetic properties of a nanocrystalline Mn-rich Cantor alloy thin film down to the atomic scale Alevtina Smekhova, Alexei Kuzmin, Konrad Siemensmeyer, Chen Luo, James Taylor, Sangeeta Thakur, Florin Radu, Eugen Weschke, Ana Guilherme Buzanich, Bin Xiao, Alan Savan, Kirill V. Yusenko, and Alfred Ludwig
Autres actualités du département science
Recevez les dernières actualités de l’industrie chimique
Ne manquez plus aucune actualité : notre newsletter consacrée à l'industrie chimique, aux méthodes analytiques, aux laboratoires et à la technologie des processus vous informe tous les mardis et jeudis. Les dernières nouvelles du secteur, les produits phares et les innovations - de manière compacte et compréhensible dans votre boîte de réception. Recherché par nos soins, pour que vous n'ayez pas à le faire.
