Etude de la coexistence du magnétisme et de la ferroélectricité dans les composés multiferroïques BiFeO3 et Bi0. 45Dy0. 55FeO3

par Delphine Lebeugle

Thèse de doctorat en Chimie des matériaux

Sous la direction de Michel Viret.


  • Résumé

    Certains matériaux multiferroiques présentent simultanément un ordre magnétique et ferroélectrique. Dans certains de ces composés, les deux paramètres d'ordre sont couplés et l'application d'un champ magnétique peut réorienter la polarisation électrique. Cette interaction est appelée "couplage magnétoélectrique" et rend ces composés particulièrement attractifs d'un point de vue fondamental et technologique. Nous avons élaboré des monocristaux de BiFeO3 et Bi0,45Dy0,55FeO3 par une technique de croissance en flux. Nous présentons une étude détaillée de leurs propriétés physiques et montrons que les deux composés sont ferroélectriques à température ambiante. La résistivité élevée des cristaux de BiFeO3 nous a permis de mesurer une forte polarisation spontanée de 100 μC/cm², proche de la valeur théorique. Comme l’existence d’une structure magnétique cycloïdale interdit un effet magnétoélectrique linéaire dans ce composé, nous avons choisi de substituer Bi par Dy et d'étudier le composé Bi0,45Dy0,55FeO3. Les premiers résultats obtenus sur ce composé sont présentés et comparés avec les propriétés magnétiques et électriques de BiFeO3. Enfin, l'étude magnétoélectrique à température ambiante par diffraction de neutrons sur un monocristal de BiFeO3 est également présentée. Nous montrons que l'application d'un champ électrique conduit à une modification notable des domaines ferroélectriques, ferroélastiques et antiferromagnétiques. En particulier, nous mettons en évidence à température ambiante un couplage entre les domaines antiferromagnétiques et la polarisation électrique dans le composé multiferroïque BiFeO3.

  • Titre traduit

    Coexistence of ferroelectricity and magnetism in multiferroic compounds BiFeO3 and Bi0. 45Dy0. 55FeO3


  • Résumé

    Some multiferroïc materials display simultaneous ferroelectric and magnetic order. In some of these compounds, both order parameters are coupled and applying a magnetic field can reorientate the electric polarization. This interaction is called "magnetoelectric coupling" and makes these compounds very interesting not only at a fundamental level but also for their potential application. We have synthesized single crystals of BiFeO3 and Bi0,45Dy0,55FeO3 by a flux grow method. We present a detailed study of their physical properties and show that the two compounds are ferroelectric at room-temperature. The high resistivity of the BiFeO3 single crystals allows us to measure a large spontaneous polarization of 100 μC/cm², as theoretically predicted. As the observation of a linear magnetoelectric effect is forbidden in this compound due to the presence of the cycloid, we have chosen to substitute Bi by Dy to also study the Bi0,45Dy0,55FeO3 compound. The first results on this compound are presented by comparison with magnetic and electric properties of BiFeO3. Finally, the magnetoelectric study at room temperature by neutron diffraction on a single crystal of BiFeO3 is presented. We show that the application of electric fields leads to a deep transformation of ferroelectric, ferroelastic and antiferromagnetic domains. In particular, we provide room-temperature evidence for the coupling between antiferromagnetic domains and electric polarization in the BiFeO3 multiferroic compound.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (184 p.)
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2007)256
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