Étude RMN du système de spins quantiques CuHpCl

par Martin Clémancey

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Claude Berthier.

Soutenue en 2004

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015) .

mots clés

Résumé

Cette thèse est consacrée à l'étude par résonance magnétique nucléaire (RMN) des propriétés magnétiques du composé Cu2 (C5H12N2)2Cl4(CuHpCl). Ce système de spins quantiques 1/2 a longtemps été considéré comme une rélisation expérimentale d'un système d'échelles de spins. Son diagramme de phase en fonction du champ magnétique est très riche, avec un état fondamental liquide de spin en champ nul et deux transitions de phase quantique aux champ hcl=7. 5 Tesla et Hc2=13 Tesla. Le but premier de cett étude est une clarification de certaines zones de ce diagramme de phases, en particulier la phase basse température comprise entre Hcl et Hc2 qui présente un ordre magnétique tridimensionnel. A travers l'étude d'un composé spécifiquement deutéré, nous avons montré la nature commensurable de cette phase ordonnée et étudié la nature de la transition en fonction de H et de T. Mais l'apport principal de cette étude, est la mise en évidence de l'apparition à basse température d'une aimantation transverse alternée due à des interactions anti-symétriques, similaire à celle observée dans d'autres composés liquides de spins tels que NENP ou SrCu(BO3)2. Cette aimantation apparaît pour des champs inférieurs à Hcl et persiste pour H>Hc2. CuHpCl semble être le seul composé à présenter la coexistence de cette aimantation alternée et d'une phase magnétique 3D. Cette aimantation alternée est également observée dans les mesures d'aimantations par couple menées sur ce composé. Enfin, dans le but de comprendre les chemins d'échanges dans CuHpCl, nous avons entrepris une étude préliminaire (RMN et mesures d'aimantation) de composés dérivés (méthylés) de CuHpCl.

Titre traduit

NMR study of the quantum spins system CuHpCl

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Résumé

We present an NMR study of magnetic properties of Cu2(C5H12N2)2Cl4(CuHpCl). This system of quantum spins 1/2 has been considered for a long time as an experimental realization of a spin ladder system. Its phase diagram under magnetic field is very rich, in particular a spin liquid ground state in zero field and two quantum phase transitions at Hcl=7. 5Tesla and Hc2=13Tesla. The first goal of this study was a clarification of some specific parts of the phase diagram, in particular the low temperature regime beetwen Hcl and Hc2, where tridimensional magnetic order sets in. Trought the study of a compound deuterated on specific hydrogen bonds, we observed the commensurate nature of this ordered phase. The second-order phase transition was studied as a function of H and T. The main result of this study interactions, like observed in other spin liquid componds like NENP or SrCu(Bo3). This "anomalus" staggered magnetisation 3D magnetic order can be observed. We also observed by torque magnetometry anomalous features due to this staggered magnetisation. Last, in order to understand the magnetic exchange pathways in CuHpCl, we also undertook NMR and torque measurements of methylated of CuHpCl.