Propriétés optiques et magnétiques de matériaux multiferroïques : gaFeO3 et LuFe2O4.

Optical and magnetic study on iron based multiferroics

• Auteur / Autrice : Francesco Maria Vitucci
• Direction : Jean-Claude Soret, Paolo Calvani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des solides
• Date : Soutenance le 17/12/2010
• Etablissement(s) : Tours en cotutelle avec Università degli studi La Sapienza (Rome)
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Santé, sciences, technologies (Tours)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire d'Electrodynamique des Matériaux Avancés
• Jury : Président / Présidente : Giuseppe Balestrino
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Domingos De Souza Meneses
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Leonardo Degiorgi, Ricardo Lobo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résonance paramagnétique électronique

Spectroscopie infrarouge

Magnétométrie

Ferroélectricité

Propriétés optiques

Matériaux ferromagnétiques

Mots clés libres

Composés multiferroïques

GaFeO3

LuFe2O4

Résumé

Nous présentons une contribution à l’étude des propriétés structurales, électroniques et magnétiques de composés multiferroïques – c’est à dire de matériaux dans lesquels coexistent ordre magnétique et ordre ferroélectrique ; les deux aspects étant couplés via des interactions et mécanismes microscopiques qui ne sont pas encore compris. C’est dans ce contexte que nous avons étudié les deux composés GaFeO₃ et LuFe₂O₄. L’étude a nécessité l’utilisation de plusieurs techniques expérimentales : les mesures magnétiques locales par résonance paramagnétique électronique (RPE) et macroscopiques par magnétométrie , et la spectroscopie infrarouge (IR). Du point de vue du magnétisme de GaFeO₃, les mesures locales et macroscopiques révèlent un comportement inusuel sur un large intervalle de température au-dessus de la température d’ordre, que nous attribuons à l’existence de corrélations magnétiques de courte portée dans la phase paramagnétique. D’autre part,l’analyse des spectres de phonon IR en fonction de la température montre que la mise en ordre des moments magnétiques n’affecte pas les propriétés structurales de GaFeO₃. Le cas de LuFe₂O₄ est très différent puisque les degrés de liberté magnétiques semblent couplés aux propriétés structurales au travers de l’ordre de charge des ions Fe³+/Fe²+ comme le suggèrent les mesures RPE et de spectroscopie IR dans le domaine sub-terahertz.

We present a contribution to the study of structural, electronic and magnetic propertiesof multiferroic compounds. These materials – characterized by the coexistence and coupling of different types of long-range orders, such as magnetic and ferroelectic – have recently become a subject of great importance because of their academic interest and their significance for potential applications. In this context we have studied the two compounds GaFeO₃ and LuFe₂O₄. The study involved the use of several techniques : electronic spin resonance (ESR), magnetic measurements by magnetometry and infrared spectroscopy (IR).Local and macroscopic magnetic measurements reveal an anomalous paramagnetic phase in GaFeO3. This is attributed to the existence of short-range magnetic correlations in a wide temperature range above the ordering temperature. On the other hand, the analysis of IR phonon spectra recorded at different temperatures (10 ≤ T ≤ 1000 K) shows that the ordering of magnetic moments does not affect the structural properties of GaFeO₃ For LuFe₂O₄, conversely, the magnetic degrees of freedom are coupled to the structural properties via the charge ordering of Fe³+/Fe²+ ions, as suggested by ESR and IR spectroscopy.