Systèmes magnétiques dilués à base d'oxydes

par Claudia Pascanut Decorse

Thèse de doctorat en Chimie des matériaux

Sous la direction de Patrick Berthet.

Soutenue en 2006

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

mots clés

• Oxyde
• Pérovskite
• Cobalt
• Ferromagnétisme
• Diffraction-rayons X

Résumé

Suite aux travaux ayant mis en évidence une forme de ferromagnétisme inhabituelle à température ambiante dans des couches minces d'oxyde de titane dopées au cobalt, la recherche de comportement analogue dans des matériaux massifs à base de pérovskite SrTiO3 a été entreprise. En substituant le titane par le cobalt ou le fer, des solutions solides SrTi(1-x)M(x)O(3-d) (M = Co, Fe ; 0. 01 plus petit ou égal à x plus petit ou égal à 0. 50) ont été préparées ; de plus, la stœchiométrie en oxygène de certaines compositions a été modifiée par traitement sous faible pression partielle d'oxygène. Les propriétés magnétiques de ces deux systèmes sont très ressemblantes. Un comportement paramagnétique est mis en évidence dans toutes les compositions, seuls les échantillons fortement dopés (x plus grand ou égal à 0. 35) présentent une transition vers un état verre de spin. Une composante ferromagnétique a été mise en évidence à basse température dans ces échantillons à forte concentration en dopant et associée aux échanges ferromagnétiques qui peuvent exister dans ces systèmes. Dans les échantillons faiblement dopés (x=0. 01 et 0. 02) une composante ferromagnétique très faible a été observée à la température ambiante ; son évolution avec la concentration en dopant ainsi qu'avec la stœchiométrie en oxygène des composés a été étudiée. Les résultats obtenus suggèrent que le dopant pourrait ne pas être à l'origine de ce ferromagnétisme. Les compositions les plus riches en fer ou en cobalt ont un comportement semi-conducteur présentant une dépendance en température inattendue.

Titre traduit

Oxide based diluted magnetic materials

Résumé

Following the report of a new kind of room temperature ferromagnetism in thin films of titanium oxide doped with cobalt, the research of analogous properties in bulk SrTiO3-based perovskite was considered. Solid solutions of SrTi(1-x)M(x)O(3-d) (M = Co, Fe ; 0. 01 less or equal to x less or equal to 0. 50) were prepared by substitution of cobalt or iron fot titanium; the oxygen stoechiometry was modified for some of these compositions by thermal treatment under low oxygen pressure. The magnetic properties of the two systems under study are very similar. All the compositions have a paramagnetic behavior; only in highly doped samples (x higher or equal to o. 35) a transition to a spin glass state is show. A small ferromagnetic component was detected at low temperature in these high doped samples and associated with some ferromagnetic exchange interactions that can exist in the systems. In the weakly doped samples (x=0. 01 and 0. 02) a different small ferromagnetic signal was detected at room temperature; his evolution with the dopant concentration and oxygen stoechiometry was studied. The results suggest that the dopant may not be at the origin of the observed ferromagnetism. The highly doped samples show a semiconductor behavior with unexpected temperature dependence.