Effets relativistes : applications aux matériaux multiferroïques

Relativistic effects : applications to multiferroic materials

• Auteur / Autrice : Anant Dixit
• Direction : Mébarek Alouani, Giovanni Manfredi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de la matière condensée
• Date : Soutenance le 18/12/2015
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de physique et chimie des matériaux (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Yves Bigot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mattias Marklund
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hubert Ebert, Olle Eriksson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spintronique

Polarisation (physique nucléaire)

Électrons relativistes

Ferrites (matériaux magnétiques)

Mots clés libres

Couplage spin-orbit

Multiferroïque

Gallium ferrite

Oxyde de chrome

Lagrange

Dynamique des électrons semi-relativiste

Dirac Maxwell

XAS XMCD

Spin Orbit Coupling

Multiferroic

Gallium Ferrite

Chromium Oxide

Lagrangian

Semi-relativistic Electron Dynamics

Dirac Maxwell

XAS XMCD

Résumé

Notre étude porte sur des matériaux à effets relativistes importants. L'hamiltonien semi-relativiste, couplé aux équations de Maxwell (EM), permet de déduire les sources de courant et de densité, incluant des termes de second ordre (polarisations de spin et de Darwin). Différents modèles sont développés par expansion des EM. L'étude ab initio montre que (1) le désordre atomique peut produire le ferrimagnétisme (FM) dans GaFeO3 (GFO) multiferroïque, (2) les états 3d Fe des octaèdres déformés ont une levée de dégénérescence tétraédrique (théorie du champ cristallin), (3) la polarisation électrique concorde avec l'expérience, (4) le mécanisme magnétoélectrique (ME) direct est insuffisant pour expliquer le ME observé. Pour Cr2O3, le calcul de l'état massif sous contraintes biaxiales n'explique pas son FM, la taille de l'échantillon ou l'excès d'oxygène pourrait de fait être important. Enfin, nous avons développé le XAS et le XMCD dans le code VASP et calculé ces spectres pour GFO.

We studied the physics of materials where relativistic effects are important. We first coupled the semi-relativistic Hamiltonian with the Maxwell's equations, and derived the current and density sources, which included second-order terms like the spin and Darwin polarizations. Different models were developed, by expanding the Maxwell's equations. We then performed ab initio studies to explain (1) site disorders as the origin of ferrimagnetism in multiferroic GaFeO3 (GFO), (2) crystal-field theory where the Fe 3d states at the deformed octahedra have tetrahedral splittings, (3) the electric polarization as a function of temperature, and (4) the insufficiency of the direct magnetoelectric (ME) mechanism to explain observed ME behavior. For Cr2O3, bulk calculations for different biaxial strains failed to explain its ferromagnetism, indicating that size or excess-O effects might be important. Finally, we implemented XAS and XMCD in VASP and computed these spectra for GFO.