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Matériaux à propriétés magnétiques

1. Magnétisme de basse dimension, frustration et effets quantiques

Catherine Guillot-Deudon (IR), Christophe Payen (PR), Mélanie Viaud (IE)

Certains matériaux cristallins ont des propriétés magnétiques inhabituelles car ils ne présentent pas de transition magnétique bien que la résistance des interactions magnétiques et la taille des cristallites favorisent l'ordre magnétique à basse température. L'état magnétique observé à basse température peut être un «liquide de rotation» en raison de la faible dimension du réseau magnétique, de la frustration ou des effets quantiques.

Dans ce contexte, nous étudions des matériaux contenant des métaux de transition répartis dans la structure cristalline sur un réseau particulier (chaînes de spin ou réseaux en triangles, par exemple).Les liquides centrifugéssont d'un grand intérêt pour la physique de la matière condensée et offrent des perspectives dans le domaine de l'information quantique.

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Figure - ordre Néel dans un matériau antiferromagnétique (AF)
(a). L'ordre de Néel peut être déstabilisé par des fluctuations thermiques ou quantiques dans des matériaux à faible dimension
(b) ou en présence d'une frustration magnétique, par exemple dans un triangle
(c) ou dans un réseau Kogome (d).

 

Publications

Dynamic structure factor (S(Q,ω)) of the S=1 quasi-one dimensional Heisenberg antiferromagnet : neutron scattering study on AgVP2S6
H. Mutka, C. Payen, P. Molinie, J.L. Soubeyroux, P. Colombet, A.D. Taylor
Phys. Rev. Lett., 67, 497-500 (1991)

Evidence of quantum criticality in the doped Haldane system Y2BaNiO5
C. Payen, E. Janod, K. Schoumacker, C.D. Batista, K. Hallberg, A.A. Aligia
Phys. Rev. B, 62, 2998-3001 (2000)

Spin correlations in the pyrochlore slab compounds Ba2Sn2Ga3+xZnCr7-xO22
P. Bonnet, C. Payen, H. Mutka, M. Danot, P. Fabritchnyi, J. R. Stewart, A. Mellergard, C. Ritter
Journal of Physics : Condensed Matter, 16, S835 - S842 (2004)

Neutron spin-echo investigation of slow spin dynamics in kagomé-bilayer frustrated magnets as evidence for phonon assisted relaxation in SrCr9xGa12 9xO19
H. Mutka, G. Ehlers , C. Payen, D. Bono, J.R. Stewart, P. Fouquet, P. Mendels,J.Y. Mevellec, N. Blanchard, C. Collin
Phys. Rev. Lett., 97, 047203 (2006)

Singlet Ground State of the Quantum Antiferromagnet Ba3CuSb2O9
J. A. Quilliam, F. Bert, E. Kermarrec, C. Payen, C. Guillot-Deudon, P. Bonville, C. Baines, H. Lutkens, P. Mendels
Phys. Rev. Lett., 109, 117203 (2012)

Collaborations
  • Laboratory of Physics of the Solids, Orsay
  • Institut Louis Néel, Grenoble
  • Laue Langevin Institute, Grenoble
ANR and contracts

ANR SPINLIQ 2013-2016

 


2. Matériaux multiferroïques ou magnétoélectriques

Christophe Payen (PR), Philippe Deniard (DR), Rémi Dessapt (MCF), Pascaline Patureau (doctorante 2012-2015) Lynda Meddar (post-doc CNRS 2008-2009)

Nous nous intéressons à des matériaux dont les propriétés diélectriques sont couplées (ou susceptibles d'être couplées) aux propriétés magnétiques. Parmi ces matériaux «magnétoélectriques», certains sont multiferroïques ; un ordre ferroélectrique coexiste alors avec l'ordre magnétique. Les matériaux magnétoélectriques et les multiferroïques ont des applications potentielles dans le domaine des technologies de l'information (stockage de l'information pour les multiferroïques, notamment). Notre démarche expérimentale consiste, à préparer des matériaux, les caractériser, comprendre les propriétés (magnétiques, en particulier) et les relations entre ces propriétés, la composition, la structure cristalline, et la micro-structure ou la morphologie du matériau. Une démarche théorique peut permettre à la fois de comprendre et même de prédire les propriétés des matériaux multiferroïques massifs.

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Propriétés et ordres magnétiques et diélectriques dans les matériaux massifs

Le multiferroisme de type-II de l’oxyde MnWO4 est conservé  lorsque ce matériau est élaboré sous forme de nanocéramiques [P. Patureau et al., Chem. Mater (2016)]

Participants
  • Philippe Deniard (DR), Rémi Dessapt (MCF), C. Payen (PR).
  • Pascaline Patureau (doctorante 2012-2015), Synthèse et caractérisation de matériaux à propriétés magnéto-électriques
  • Lynda Meddar (post-doc CNRS 2008-2009)
Publications

Incorporation of Jahn-Teller Cu2+ ions into magnetoelectric multiferroic MnWO4 : structural, magnetic and dielectric permittivity properties of MnWO4 by Mo-doping
P. Patureau, M. Josse, R. Dessapt, J.-Y. Mevellec, F. Porcher, M. Maglione, P. Deniard, C. Payen
Inorg. Chem. 54, 10623 (2015)

Effect of nonmagnetic substituents Mg and Zn on the phase competition in the multiferroic antiferromagnet MnWO4
L. Meddar, M. Josse, P. Deniard, C. La, G. André, F. Damay, V. Petricek, S. Jobic, M-H Whangbo, M. Maglione, C. Payen
Chem. Mater. 21, 5203-5214 (2009)

Magnetic phase diagram of multiferroic MnWO4 probed by ultrasound
V. Felea, P. Lemmens, S. Yasin, S. Zherlitsyn, K.Y. Choi, C.T. Lin, C.Payen
J. Phys.: Condens. Matter 23, 216001 (2011)

Increasing the phase-transition temperatures in multiferroic MnWO4 by Mo-doping
L. Meddar, M. Josse, M. Maglione, A. Guiet, C. La, P. Deniard, S. Jobic, C. Lee, C. Tian, M-H Whangbo, C. Payen
Chem. Mater. 24, 353-360 (2012)

Collaborations
  • Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux (ICMCB), CNRS, Université de Bordeaux 1
  • Laboratoire Léon Brillouin, CEA-CNRS
  • Department of Chemistry, North Carolina State University, Raleigh (USA)
  • Institute for Condensed Matter Physics, TU Braunschweig, Germany
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