Influence of the Pressure on the Multiferroicity of RMn2O5

par Wei Peng

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Pascale Foury-Leylekian et de Victor Balédent.

Le président du jury était Fabrice Bert.

Le jury était composé de Pascale Foury-Leylekian, Victor Balédent, Fabrice Bert, Pierre Bordet, Gwenaëlle Rousse, Virginie Simonet.

Les rapporteurs étaient Pierre Bordet, Gwenaëlle Rousse.

  • Titre traduit

    Influence de la pression sur la multiferroïcité de RMn2O5


  • Résumé

    La série de RMn2O5 multiferroïques a été largement étudiée en raison de son fort couplagemagnéto-électrique. L’origine de la ferroélectricité a été clarifiée en tant que mécanisme de strictiond’échange. Comme les variations des distances interatomiques modifiées par la pression externe peuventgrandement affecter les propriétés multiferroïques, il est essentiel de comprendre l’origine microscopiquede cet effet.Nous avons déterminé la structure magnétique de la phase magnétique commensurable induite parla pression (PCM) et dessiné le diagramme de phase p − T. Sur la base d’un équilibre énergétique subtilentre l’interaction d’échange J1, l’interaction d’échange R-Mn J6 et l’anisotropie de la terre rare, nousavons proposé un mécanisme de stabilisation des différentes phases magnétiques en fonction de la pressionpour les différents composés avec R=Dy, Gd et Sm. L’augmentation de J1 sous pression à températureambiante obtenue grâce à l’étude par diffraction X confirme ce mécanisme. Une explication supplémentairea été proposée pour le cas particulier de PrMn2O5. Ces résultats ouvrent certainement la voie à unecompréhension complète de l’origine de l’influence de la pression dans la famille RMn2O5.


  • Résumé

    The series of multiferroic RMn2O5 has been extensively studied due to its strong magnetoelectriccoupling. The ferroelectricity origin has been clarified as the exchange striction mechanism. As thevariations of the interatomic distances modified by the external pressure can greatly affect the multiferroicproperties, it is essential to understand the microscopic origin of this effect.In this thesis, we have systematically studied the multiferroic properties of the RMn2O5 compounds byusing powder X-rays diffraction and powder neutron diffraction (PND) under pressure. We have determinedthe magnetic structure of the pressure induced commensurate magnetic (PCM) phase and drawn the p − Tphase diagram. Based on a subtle energy balance among the exchange interaction J1, the R-Mn exchangeinteraction J6 and the anisotropy of the rare earth, we have proposed a mechanism for stabilizing thedifferent magnetic phases as a function of the pressure for the different compounds with R = Dy, Gd andSm. The enhanced J1 under pressure at room temperature from the X-ray diffraction study further confirmsthis mechanism. An additional explanation has been proposed for the special case of the PrMn2O5. Theseresults certainly pave the way to fully understand the origin of the pressure influence in the RMn2O5 family


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