Etude du couplage magnéto-électrique par des calculs ab initio

par Julien Varignon

Thèse de doctorat en Milieux denses, matériaux et composants

Sous la direction de Marie-Bernadette Lepetit.

Soutenue en 2011

à Caen .


  • Résumé

    Dans les matériaux multiferroïques présentant un couplage magnéto-électrique, il est possible de contrôler l’état magnétique par l’application d’un champ électrique et inversement. Les matériaux multiferroïques de type I présentent des transitions de phase ferroélectrique et de mise en ordre magnétique décorrélées. Dans les matériaux de type II, la ferroélectricité est induite par un ordre magnétique. Malgré l’existence de nombreux modèles, les mécanismes microscopiques du couplage magnéto-électrique restent aujourd’hui mal connus. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié les mécanismes présidant le couplage magnéto-électrique à l’aide de calculs ab-initio sur deux matériaux multiferroïques : YMnO3 (type I) et MnWO4 (type II). Nous avons développé une méthode visant à évaluer le couplage magnétique en fonction d’un champ électrique appliqué. Nous avons également déterminé l’influence du magnétisme sur les spectres de phonons. Pour le composé YMnO3, le couplage spin-orbite est négligeable dans le couplage magnéto-électrique et ce dernier est principalement gouverné par des effets électrostrictifs et magnétostrictifs. Pour le composé MnWO4, bien que la contribution de l’interaction de spin-orbite soit calculée faible dans l’amplitude du couplage magnéto-électrique, cette dernière est cruciale à la multiferroïcité de ce matériau par la structure magnétique qu’elle impose. Nous avons déterminé que les déplacements atomiques engendrés par l’application d’un champ électrique sont les amplificateurs de cette dernière interaction dans l’intensité du couplage magnéto-électrique de MnWO4.

  • Titre traduit

    Ab initio study of the magnetoelectric coupling


  • Résumé

    In multiferroic magnetoelectric materials, magnetic properties can be controlled by applying an electric field and conversely. Those materials are generally divided into two classes: for the type I, ferroelectric and magnetic phase transitions are uncorrelated whereas for the type II, ferroelectricity is a consequence of a particular magnetic arrangement. In spite of numerous models, the microscopic mechanisms of the magnetoelectric coupling remain unknown. In the frame of this thesis, we have studied the mechanisms governing the magnetoelectric coupling with ab initio calculations on two multiferroic compounds: YMnO3 (type I) and MnWO4 (type II). We have developed a method to study the influence of an applied electric field on the magnetic coupling. We have also studied the influence of magnetism on phonons. For YMnO3, spin-orbit interaction is found negligible into the magnetoelectric coupling and this latter is found to be principally governed by magnetostrictives and electrostrictives effects. For MnWO4, in spite of spin-orbit interaction is found to have a small intensity into the magnetoelectric coupling, this latter remains essential for the multiferroicity of this compound. We have determined that atomic displacements induced by the electric field increase the effects on the intensity of the magnetoelectric coupling.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (244 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.231-244

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  • Bibliothèque : Université de Caen Normandie. Bibliothèque universitaire Sciences - STAPS.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TCAS-2011-35
  • Bibliothèque : Université de Caen Normandie. Bibliothèque universitaire Sciences - STAPS.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TCAS-2011-35bis
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