Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay

Magnétisme frustré dans les pyrochlores

 

contact : Claudia Decorse

 

Les pyrochlores de terres rares sont des composés présentant des propriétés magnétiques exotiques issues d’une importante frustration d’origine géométrique. Ces oxydes mixtes de formule générale A₂B₂O₇ ont pour la plupart une structure cubique où les ions A (ici une terre rare) et B (généralement un métal) forment deux réseaux de tétraèdres liés entre eux par les sommets. C’est cet arrangement particulier des ions des terres rares porteurs d’un moment magnétique non-nul qui conduit à un degré de frustration élevé et donne naissance à des comportements magnétiques originaux comme les liquides ou les glaces de spin (classiques ou quantiques). Dans tous ces composés le comportement magnétique observé est issu d’un équilibre complexe entre la nature des ions A et B, le champ cristallin, la taille et la dimension du spin, l’interaction d’échange, la stœchiométrie, le désordre… La compréhension du magnétisme de ces systèmes passe par la réalisation d’études minutieuses à basse température en utilisant comme « instrument de choix » les techniques neutroniques ce qui exige l’utilisation des GI (Grands Instruments) et la disponibilité (parfois incontournable) des monocristaux de taille centimétrique. Etant donné la sensibilité de ces systèmes aux perturbations externes (température, pression, champ magnétique …) ils constituent autant de paramètres ajustables permettant de sonder leur comportement magnétique.

Notre groupe s’intéresse à la cristallogénèse et l’étude des pyrochlores de terres rares depuis les années 2000 avec une activité très importante ces dix dernières années. Le savoir-faire développé dans le domaine de la synthèse et la cristallogénèse de ces composés nous permet d’introduire et de manipuler un nouveau paramètre ajustable qui est la « contrainte chimique » (chemical pressure). A travers des dopages ou des substitutions habilement choisies on peut modifier l’équilibre complexe qui régit le magnétisme de ces systèmes et s’approcher un peu plus de la compréhension des phénomènes mis en jeux. Cette activité de recherche a conduit au développement d’importantes collaborations avec des chercheurs physiciens en France et à l’étranger, l’atout majeur de ces collaborations étant l’approche multidisciplinaire. De ces collaborations sont issues des nombreuses publications dont quelques-unes des dernières réalisations sont indiquées plus bas.

 

 

Sélection de publications :

• « Spin dynamics in the presence of competing ferromagnetic and antiferromagnetic correlations in Yb₂Ti₂O₇ »          J. Robert et al., Phys. Rev. B 92, 064425 (2015).

• « Mesoscopic correlations in Tb₂Ti₂O₇ liquid spin » S. Guitteny et al., Phys. Rev. B 92, 144412 (2015).

• « Antiferroquadrupolar correlations in the quantum spin ice candidate Pr₂Zr₂O₇ » S. Petit et al., Phys. Rev. B 94, 165153 (2016).

• « Double vibronic process in the quantum spin ice candidate Tb₂Ti₂O₇ revealed by terahertz spectroscopy »            E. Constable et al., Phys. Rev. B 95, 020415(R) (2017).

• « Field-induced phase diagram of XY pyrochlore antiferromagnet Er₂Ti₂O₇ » E. Lhotel et al.,Phys. Rev. B 95, 134426 (2017).

• « Disorder and Quantum Spin Ice » N. Martin et al., Phys. Rev. X 7, 041028 (2017).

 

voir aussi : Solène Guitteny, thèse de doctorat 2016  (ici)