Etude par RMN et MuSR des composés antiferromagnétiques fortement frustrés à géométrie de bicouches kagomé

par David Bono

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Philippe Mendels.


  • Résumé

    Dans les composés antiferromagnétiques Heisenberg à géométrie kagomé, la frustration des interactions est à l'origine d'un état liquide de spins à T=0. Un état RVB ("Resonating Valence Bond"), originalement proposé par Anderson dans les réseaux triangulaires puis dans les cuprates, décrit probablement ce fondamental, dont l'état singulet est dégénéré exponentiellement dans un faible gap singulet-triplet. Peu de composés expérimentaux se rapprochent aujourd'hui du système idéal et l'existence de perturbations ou d'anisotropie lève souvent la dégénérescence du fondamental lorsque T->0. Cette thèse présente l'étude, par RMN, MuSR et SQUID, des composés à géométrie de bicouches kagomé de spin 3/2, Ba2Sn2ZnGa10-7pCr7pO22 et SrCr9pGa12-9pO19, considérés comme les archétypes d'un hamiltonien de spins purement Heisenberg sur un réseau kagomé. Outre l'absence caractéristique de transition jusqu'à une température Tg bien plus basse que la température de Curie-Weiss, nous mesurons des propriétés physiques semblables dans ces deux systèmes malgré des défauts radicalement différent. Nous en déduisons les propriétés intrinsèques de cette géométrie, à savoir : - une décroissance de la susceptibilité en dessous de 45 K (RMN), compatible avec des calculs hautes températures ainsi qu'avec l'existence d'un gap de spin ; - l'existence de fluctuations quantiques jusqu'à 30 mK<<Tg (MuSR) ; - la corrélation entre l'apparition de ces fluctuations et celle d'un état de type verre de spin à Tg ;Un modèle phénoménologique décrivant la relaxation des muons est présenté, pour la première fois dans ces systèmes, et suggère la stabilisation d'un état de type RVB en dessous de Tg.


  • Résumé

    The frustration of antiferromagnetic interactions are responsible for a spin liquid ground state in the Heisenberg kagomé compounds. It is probably described by an RVB state, early proposed by Anderson in 1973 in antiferromagnetic triangular networks and further on cuprates. The macroscopic degeneracy of the low lying singlet states inside the spin gap to the triplet state yield very intersting low-T behaviours. Only few experimental compounds are close to the ideal one today since small perturbations may lift this degenaracy whenT->0. This work present the NMR, MuSR and SQUID study of the S=3/2 kagomé bilayers, Ba2Sn2ZnGa10-7pCr7pO22 and SrCr9pGa12-9pO19, considered as archetypes of Heisenberg 2D frustrated magnets. Because of the frustration of the interactions, a transition temperature Tg is measured only well below the Curie-Weiss temperature. We measure very close magnetic properties in both systems despite different kinds of defects, which underly the intrinsic behavior of the geometry :- the susceptibility decreases below 45 K (NMR), which is consistent with high temperature expansion approaches as well with a spin gap ;- spin fluctuations are measured down to 30 mK << Tg using MuSR and suggest a fluctuating state ;- this T independent fluctuating state only appears below the spin glass like transition. ?A phenomenological approach of the muon relaxation is presented for the first time in theses systems and suggests the existence of a RVB state below Tg.

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Informations

  • Détails : 164 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.147-155

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2004)113
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