Étude des défauts microscopiques et des propriétés optiques, électroniques et magnétiques du composé Nd₂₋ₓCeₓCuO ₄±δ

Abstract

La présente thèse, qui combine des mesures de diffusion Raman, de transmission infrarouge, de conductivité hyperfréquence et d'interférométrie ultrasonore sur les composés Nd2-xCexCuO4 , traite des défauts d'oxygène, ainsi que des propriétés optiques, électroniques et magnétiques de ces matériaux. Les résultats expérimentaux obtenus sont corrélés avec plusieurs données expérimentales disponibles dans la littérature. D'abord, la caractérisation des modes Raman et des niveaux d'énergie de champ cristallin de l'ion Nd3+ au moyen de techniques optiques, en fonction du dopage en cérium et du contenu en oxygène, permettent de conclure à la présence de défauts liés à une non-stoechiométrie en oxygène dans ces composés. En effet, des excitations de champ cristallin assignées à des ions Nd3+ en sites irréguliers sont observées, en plus des bandes d'absorption associées aux ions Nd3+ en site régulier, dans les spectres correspondant aux multiplets 4 I11/2 , 4 I13/2 et 4 I 15/2 de l'ion Nd3+. Les résultats expérimentaux indiquent que, contrairement à la croyance largement répandue, les oxygènes apicaux, bien que présents dans les échantillons dopés, ne sont pas enlevés lors du processus de réduction des échantillons nécessaire pour faire apparaître la supraconductivité dans cette famille de cuprates. Au contraire, des lacunes d'oxygène, dont le type varie en fonction du dopage, sont créées lors de ce processus. En particulier, il est montré dans ce travail que la réduction des échantillons dopés de manière optimale conduit à la création de lacunes d'oxygène dans les plans CuO2. Les conséquences de telles lacunes sont largement discutées. En outre, il est suggéré que de telles lacunes sont responsables de la perte de l'ordre antiferromagnétique à longue portée des ions Cu2+. Finalement, l'interaction d'échange anisotrope Nd3+-Cu2+ dans le composé nondopé est caractérisée au moyen de la transmission infrarouge sous champ magnétique. L'éclatement des doublets de Kramers mesuré expérimentalement est comparé, en fonction de l'intensité et de l'orientation du champ magnétique externe, à des calculs d'effet Zeeman. Alors, que les calculs d'effet Zeeman ne coïncident pas avec les données expérimentales pour un champ appliqué perpendiculairement aux plans CuO2, ceux-ci sont en accord avec les résultats de transmission infrarouge pour des champs supérieurs à 4 T appliqués parallèlement à ces plans, indiquant une suppression apparente de l'interaction d'échange anisotrope Nd3+ -Cu2+ dans de telles conditions. [Résumé abrégé par UMI] [Symboles non conformes]