Effets de basse dimensionnalité et de la frustration magnétique dans les composés du type AB₂O₆

Effects of low-dimensionality and magnetic frustration in AB₂O₆ type compounds

• Auteur / Autrice : Marlon Luiz Hneda
• Direction : Olivier Isnard, João Batista Marimon da Cunha
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des matériaux
• Date : Soutenance le 23/05/2016
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE) en cotutelle avec Universidade Federal do Rio Grande do Sul (Porto Alegre, Brésil)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Néel (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Bonville
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : João Batista Marimon da Cunha, Mario N. Baibich
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alberto P. Guimarães, Olivier Mentré

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxydes métalliques

Mots clés libres

Magnétisme

Ab2o6

Materiaux magnétiques

Diffraction neutronique

Structures cristallographique et magnétique

Conditions extrêmes

Magnetism

Ab2o6

Magnetic materials

Neutron diffraction

Cristallographic and magnetic structures

Extreme conditions

Résumé

Cette thèse comprend une étude sur les composés AB₂O₆ qui ont attiré un large intérêt ces dernières années grâce à leurs propriétés de magnétisme de basse dimensionnalité. Pour mieux étudier les propriétés magnétiques et les paramètres qui les influencent nous nous sommes appuyés sur une bonne connaissance de la structure cristalline. Tous les échantillons ont été étudié par diffraction de rayons X (pression ambiante ou sous hautes pressions) et neutronique (basse et/ou haute température). Nous avons également effectué d’autres caractérisations, telles que mesures de susceptibilité, de chaleur spécifique et spectroscopie Mössbauer. Nous avons produit la série MnNb2-xVxO6 afin de faire varier les distances interchaînes magnétiques et donc la nature des interactions d’échanges. Ces composés sont intéressants pour présenter une faible anisotropie et un couplage des moments magnétiques dans les chaînes en zig-zag le long de l’axe c, ce qui leur confère un caractère unidimensionnel et un couplage antiferromagnétique entre les chaînes. Nous avons fait une comparaison avec le modèle théorique de la chaîne d’Heisenberg classique et obtenu des constantes d’échange intra et interchaînes, J et J', et sa dépendance par rapport à la teneur x. Ensuite, nous avons fait une étude des composés MnxA1-xNb2O6 avec A = Fe, Co et Ni. Notre but a été de vérifier comment la nature et la différence de rayons atomiques peuvent influer sur le comportement structural et magnétique de ces composés. Pour les composés qui n’ont pas présenté de mise en ordre magnétique à 1,5 K nous avons fait une étude des corrélations à courtes distances en utilisant le modèle de Bertaut. La mise en œuvre de synthèse HP et HT nous a permis de stabiliser une phase MnV2O6 en symétrie orthorhombique et de mettre en jour ses propriétés physiques. Nous avons ensuite comparé avec le MnV2O6 monoclinique et également avec le MnNb2O6 orthorhombique. Les comportements magnétiques des composés isostructuraux sont très similaires mais dans le cas de MnNb2O6, les moments magnétiques forment des chaînes du type + - + - et dans le composé MnV2O6 nous observons des chaînes du type + + - -, structure inédite dans ces composés.

This thesis comprises a study of the compounds of AB₂O₆ type that have attracted wide interest in recent years due to their low-dimensional magnetism properties. To better understand their magnetic properties and the parameters that influence it, we have relied on a good knowledge of the crystal structure. All samples were studied by X-ray diffraction (ambient pressure or under high pressure) and neutron diffraction (low and/or high temperature). We also performed other characterisations, such as magnetic susceptibility, specific heat and Mössbauer spectroscopy measurements. We have produced the MnNb2-xVx O6 serie in order to vary the distances between magnetic interchains and thus the nature of the exchange interactions. These compounds are interesting due to the presence of low anisotropy and a coupling of magnetic moments in zigzag chains along the c-axis, which gives them a one-dimensional character, and an antiferromagnetic coupling between chains. We made a comparison with the theoretical model of the classical Heisenberg chain and obtained the exchange constants intra- and interchain, J and J', and its dependency on the content x. Then we made a study of MnxA1-xNb2O6 compounds with A = Fe, Co and Ni. Our aim was to check how the nature and the difference in atomic radii can influence the structural and magnetic properties of these compounds. For compounds which showed no magnetic ordering at 1.5 K we made a study of correlations at short distances using Bertaut’s model. Thanks to the use of HP and HT synthesis we manage to stabilized MnV2O6 in orthorhombic symetry and determine its physical properties. We then perfomed a comparison with the monoclinic MnV2O6 and with the orthorhombic MnNb2O6 compound as well. Macroscopic magnetic behaviour of isostructural compounds are very similar but in the case of MnNb2O6, the magnetic moments form + - + - type chains while the MnV2O6 presents chains of + + - - type, a structure never observed before in this family of compounds.