Arborescences magnétiques de fer et de cobalt élaborées par électrodéposition

Rapporteurs: Vincent Fleury André Thiaville Examinateurs: Emil Burzo Jean-Louis Porteseil Rafik Ballou Pierre MolhoMagnetic arborescences of iron and cobalt were grown by electrochemical deposition in a thin cell. Only two morphologies were obtained, one ‘dense' with many branches at low concentration and one ‘sparse' with few thick branches at high concentration. The effect of a magnetic field on the growth is studied. In vertical field, perpendicular to the cell, the morphology of the deposits is not spiraling like in the case of non magnetic metals. A change of the morphology is however observed, stronger at high concentration. In horizontal field, at high concentration, the deposit grows in the direction of the field. In the case of iron at low concentration, the morphology change from isotropic and circular in zero field to rectangular in finite field. This symmetry breaking is explained as resulting from a selection of the orientation of the branches, associated with a minimization of the dipolar energy of the growing branches. TEM observations show that at nanometric scale the branches are single crystalline dendrites, the growth being realized without or in horizontal magnetic field. However, the vertical field effects appear at that scale as a distortion of the cubic cell in the case of iron and a flip of the c axis of the hexagonal cell in the case of cobalt. Magnetic properties of the arborescences show different magnetic behaviors for the dense and sparse arborescences. Dense arborescences show a behavior akin to that of ‘fine grains' while the sparse arborescences are not too different from the bulk material. These behaviors can be interpreted as resulting from a large size distribution of the branches. Finally, a new technique consisting in the deposition of a thin gold layer on one of the glass plates of the cell was used. Iron arborescences were thus obtained. The growth is not anymore dendritic and the magnetic behavior is modified.Ce travail concerne la croissance d'arborescences magnétiques de fer et de cobalt par électrodéposition en cellule mince. Seules deux morphologies sont obtenues, une dense avec de nombreuses branches à faible concentration et une ramifiée avec moins de branches à forte concentration. L'effet d'un champ magnétique sur la croissance est étudié. En champ vertical, contrairement aux métaux non magnétiques, la morphologie des dépôts de fer et de cobalt ne spirale pas. Un changement de morphologie est toutefois observé, plus prononcé à forte concentration. En champ horizontal, à forte concentration, les morphologies observées sont allongées dans la direction du champ. Pour le fer à faible concentration, la morphologie isotrope et circulaire en l'absence du champ devient d'une manière surprenante rectangulaire sous champ. Ce changement s'explique par une sélection de la direction de croissance des branches, résultant des interactions dipolaires entre les branches aimantées et des branches avec le champ. Des observations en TEM montrent qu'à l'échelle nanométrique les branches sont des dendrites monocristallines, que la croissance aie lieu sans champ ou sous champ horizontal. Par contre l'effet d'un champ vertical se manifeste à cette échelle par une distorsion de la maille cubique dans le cas du fer et un basculement de l'axe c de la maille hexagonale dans le cas du cobalt. Les propriétés magnétiques des arborescences révèlent des comportements différents pour les arbres denses et ramifiés. Les premiers ont un comportement de type ‘grains fins' tandis que les seconds sont plus proches du matériau massif. Ces comportements peuvent s'interpréter comme résultant d'une large distribution de la taille des branches. Enfin, une nouvelle technique consistant à déposer une fine couche d'or sur une des lames de verre de la cellule a permis l'obtention d'arborescences adsorbées de fer. La croissance n'est alors plus dendritique et le comportement magnétique en est modifié

Propagation of reaction-diffusion front in a 3d flow

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ARBORESCENCES MAGNETIQUES DE FER ET DE COBALT ELABOREES PAR ELECTRODEPOSITION

GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF

Influence d'une transition hydrodynamique sur la propagation d'un front de réaction-diffusion.

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Sensibilité d'un front propagatif aux transitions hydrodynamiques

ISBN : 2-9516773-8-3 EAN : 9782951677388National audienceCette étude porte sur la propagation d'un front de réaction-diffusion dans un écoulement stationnaire composé d'une rangée de vortex contrarotatifs. Le front est obtenu par réaction auto catalytique en solution aqueuse et l'écoulement est généré par électroconvection dans un canal allongé de faible profondeur. En augmentant l'amplitude des écoulements, on passe d'écoulements cellulaires plans (de type Hele-Shaw) à des écoulements cellulaires tridimensionnel (3D) incluant des écoulements secondaires le long de l'axe des vortex. Lors de cette transition, nous observons une forte augmentation de la vitesse de propagation du front en étroite corrélation avec un changement de structure de la trajectoire du front. Ceci montre une forte sensibilité des fronts de réactiondiffusion à la structure des écoulements dans lesquels ils se propagent, propriété qui pourrait s'avérer intéressante en microfluidique, à titre de diagnostique ou d'utilisation

Front propagation in cellular stirred media

International audienceWe experimentally address the propagation of chemical reaction fronts in a chain of vortices. The resulting succession of fast and slow transport in and across vortices induces anomalous diffusion and noticeable enhancement of the effective front velocity. This enhancement is quantitatively recovered by showing that the front follows the quickest possible path, in a way reminiscent of Fermat's principle in heterogeneous media. Extension to 3d flows and to more complex cellular flows are considered

Front propagation in a laminar multi-scale flow

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Front propagation in a vortex lattice: dependence on boundary conditions and vortex depth.

International audienceWe experimentally address the propagation of reaction–diffusion fronts in vortex lattices by combining, in a Hele-Shaw cell and at low Reynolds number, forced electroconvective flows and an autocatalytic reaction in solution. We consider both vortex chains and vortex arrays, the former referring to mixed free/rigid boundary conditions for vortices and the latter to free boundary conditions. Varying the depth of the fluid layer, we observe no variation of the mean front velocities for vortex arrays and a noticeable variation for vortex chains. This questions the two-dimensional character of front propagation in low Reynolds number vortex lattices, as well as the mechanisms of this dependence

Reactive front propagation in cellular multi-scales flows

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Coherence of dendritic sidebranching in directional solidification of a dilute alloy

International audienceDendrites are characterized by repetitive emissions of sidebranches on a needle form. They stand as the main solidification structure of dilute alloys whose regularity monitors that of the resulting solid. A long-standing question has then referred to the level of regularity of dendritic emissions. We experimentally evidence here, in directional solidification of a succinonitriledilute alloy, the large coherence of dendritic sidebranching within bursts of abouta dozen of branches or less. In particular, correlation functions of the signal given by cuts ofinterface profiles reveal a burst distribution that is uncorrelated in occurrence, length and inphase of sidebranching but which contrasts with the large coherence of sidebranching insideeach burst. The former feature may explain the appearance of uncorrelated sidebranchingin former experiments. The latter feature reveals a puzzling self-organization of dendritestill the reset of sidebranch emissions. Both their mechanisms remain to be understood