Systèmes magnétiques à frustration géométrique : approches expérimentale et théorique

par Julien Robert

Thèse de doctorat en Sciences physiques

Sous la direction de Rafik Ballou.

Soutenue en 2007

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble) .


  • Résumé

    Ce manuscrit présente une étude des propriétés magnétiques de systèmes géométriquement frustrés, à partir d'approches à la fois expérimentales et théoriques. Cette étude de réseaux de triangles à sommets partagés se divise en trois parties distinctes. La première concerne le composé La3Cu2V09, constitué d'une assemblée d'agrégats planaires frustrés de 9 spins 1/2. Dans ce système, différents régimes sont successivement stabilisés lorsque la température décroît: le régime paramagnétique haute température de spins individuels est suivi d'un régime paramagne��tique de pseudo-spins collectifs 1/2 associés à chacun des agrégats, avant l'apparition sous 2 K de corrélations à courte portée entre agrégats, indiquant une mise en place hiérarchique des corrélations. Les parties suivantes sont dédiées à l'étude des propriétés dynamiques du réseau kagomé. Dans ce cadre, nous montrons tout d'abord que le composé langasite Nd3Ga5SiOI4, matérialisant un réseau kagomé de moments magnétiques anisotropes, ne présente pas d'ordre magnétique ni de gel jusqu'à 2 K, malgré une température de CurieWeiss comprise entre 15 et 45 K. De plus, nous avons pu observer un ralentissement des fluctuations magnétiques sous 300 K. Enfin, nous présentons une étude numérique de la dynamique de spins du modèle de Heisenberg antiferromagnétique sur le réseau kagomé. Nous montrons le développement inattendu d'excitations cohérentes en dessous de T/J=O. OI, bien que les corrélations de spins dans ce système soient à très courte portée. Par ailleurs, certaines excitations sont caractérisées par une distribution non-uniforme du poids spectral, étant interprétée comme un effet de la géométrie spécifique de ce réseau.


  • Résumé

    Ln this thesis, the magnetic properties of geometrically frustrated systems have been studied, using experimental and theoretical approaches. Ln the manuscript, the study of magnetic lattices based on corner-sharing triangles is reported in three different parts. The first part concerns the La3Cuz VOg compound, formed by weakly coupled frustrated planar clusters, each one being constituted of 9 coupled spins 1/2. Ln this system, different regimes are successively stabilized when the temperature is decreased: the high temperature paramagnetic regime of individual spins is followed by a paramagnetic regime of collective pseudo-spins 1/2 associated to each cluster below 20 K. Finally, short range inter-cluster correlations emerge below 2 K, indicating a hierarchical rise of the correlations. The following parts are dedicated to the study of the dynamical properties of the kagomé lattice. We first show that the langasite compound Nd3GasSi014, in which the anisotropic magnetic moments carried by the Nd3+ ions form a kagomé lattice, does not present any magnetic ordering down to 2 K, despite a Curie- Weiss temperature of a few tens of Kelvin. Moreover, we could observe a slowing down of the spin fluctuations below 300 K. Finally, we present a numerical study of the spin dynamics of the Heisenberg antiferromagnet on the kagomé lattice. We show that unexpected coherent excitations develop below T/J=O. OI, in spite of the very short spin-spin correlation length in the system. Ln addition, sorne of the excitations are characterized by a non-uniform distribution of spectral weight. This is understood as an effect of the particular geometry of this network.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (214 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 201 à 213

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  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS07/GRE1/0192/D
  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
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  • Cote : TS07/GRE1/0192
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