Couplage Magnétoélectrique via les Electromagnons dans les composés Multiferroïques – EMMA

Nous mesurons different Boracite de fer pour les quels nous changeons la terre rare pour voir l'effet de celle ci sur le magnetisme. Nous faisons donc des mesures par spectroscopie infrarouge pour observer les électromagnons.

Nous avons pu observer l'apparition d'un nouveau mode à basse frequence et basse temperature selon l'axe a du cristal ainsi que l'observation d'un mode mou qui serait lié à une transition ferroelectrique.

Determiner la nature de ce nouveau pic par des mesure sous champ magnetique et par diffusion inelastique de neutron.

Les resultats seront presenter lors de la conferences LEES en juin prochain.

Ce projet se centre sur la récente émergence d’une famille de matériaux très attractifs dans lesquels les ordres magnétique et ferroélectrique sont présents simultanément. Ces matériaux, connus sous le nom de multiferroïques, attirent l’attention du monde entier grâce à leur large effet magnétoélectrique. Les multiferroïques ouvrent une myriade de possibilité d’application en spintronique comme le contrôle de la polarisation avec un champ magnétique et/ou le changement de direction d’aimantation avec l’application d’une tension électrique. Un aspect intéressant de la spintronique est l’utilisation d’ondes de spin pour transmettre et coder l’information. Cette technologie appelée magnonique ce base sur le contrôle des ondes de spin tout comme la manipulation des ondes électromagnétiques en photonique. Un des objectifs de ce projet est de contrôler électriquement les excitations, signatures du couplage magnétoélectrique pour une meilleure compréhension de ce couplage en perspective d’applications futures en magnoniques qui nous permettrons de réaliser des composants magnétoélectriques peu consommateur d’énergie et non-volatil.
Il existe deux familles de multiferroïques. Les type I, tel que BiFeO3 qui présentent les deux ordres magnétique et ferroélectrique indépendant avec un faible coulage magnétoélectrique, et ceux de type II, tel que TbMnO3, dans lesquels la ferroélectricité est induite par l’ordre magnétique.
La ferroélectricité magnétique est intiment liée à une augmentation du couplage magnétoélectrique ainsi qu’à la formation d’une nouvelle excitation : l’électromagnon. Néanmoins, le mécanisme à l’origine de cette ferroélectricité est largement controversé. Deux théories microscopiques tentent d’expliquer la formation de la ferroélectricité. La première tente de l’expliquer à travers un déplacement ionique induit par la spirale magnétique, la seconde via le déplacement des nuages électroniques créé par le courant de spin.
Ce projet est centré sur l’étude d’une large gamme de multiferroïques de type II, par spectroscopie infrarouge et diffusion de neutrons. Grâce à la capacité de la spectroscopie infrarouge à sonder les excitations qui possèdent une charge électrique comme les phonons et plus particulièrement les électromagnons, cette technique est parfaite pour déterminer le transfert de charge entre ces excitations aux transitions de phase. De plus, l’utilisation de la diffusion de neutrons, qui sonde les courbes de dispersion de magnon et phonon, nous donnera une vue d’ensemble des excitations multiferroïques. Dans ce cas, alors que la plus grande partie des recherche ce concentre sur l’effet magnétoélectrique statique, nous souhaitons sonder tout particulièrement le couplage dynamique entre les degrés de liberté de spin et de réseau. Par l’étude de ces matériaux sous différents paramètres externes tel que les champs magnétique et électrique, nous serons capable de modifier à la fois les ordres magnétique et ferroélectrique et leurs impacts sur les degrés de liberté de spin et de réseau dans le but de découvrir de nouveaux effets dynamiques. En effet, les électromagnons sont probablement uniques à ce type de matériaux.
Nos objectifs sont: quelle est l’origine de la ferroélectricité ? Quel est le rôle du réseau cristallin ? Est-ce que le couplage magnétoélectrique est une interaction directe entre la charge et le spin ? Est-ce que l’électromagnon est une nouvelle excitation ou une excitation hybride ? Quel est l’effet d’un champ externe sur cette excitation ?
Le but de notre projet est de comprendre les excitations fondamentales présentes dans les multiferroïques ainsi que de déterminer celles qui sont la cause et celles qui sont la conséquence de l’interaction entre les propriétés diélectrique et magnétique. Nous voulons poser des contraintes définies aux théories sur le couplage magnétoélectrique et sur l’origine de la ferroélectricité dans ces systèmes.