Origine de l'effet magnétoélectrique dans les manganites de structure hexagonale

Abstract

L'intérêt pour les multiferroïques réside dans la possibilité d'asservir les propriétés électriques du matériau à partir du magnétisme et vice et versa. Le champ d'application pour ce type de composé est vaste, mais les attentes sont particulièrement grandes pour le domaine de l'emmagasinage d'information, celui de la spintronique et pour l'innovation de nouveaux senseurs magnétiques. Les propriétés magnétoélectriques se manifestant à partir de différents phénomènes physiques sont encore aujourd'hui mal comprises et cela est particulièrement le cas pour le couplage existant entre les ordres magnétiques et la ferroélectricité des manganites de structure hexagonale. Cette thèse présente donc une étude optique de cette famille de manganite ayant pour but de lever le voile sur le mécanisme responsable de ses propriétés magnétoélectriques.

Cette thèse présente une étude détaillée du comportement de l'énergie en température des modes de vibration Raman de plusieurs manganites hexagonales à base des terres rares : Y[indice supérieur 3+], Ho[indice supérieur 3+], Er[indice supérieur 3+] et Lu[indice supérieur 3+]. Leurs similarités ainsi que leurs différences en terme de phases magnétiques, de températures de transition et de déplacements atomiques permettront de mettre en évidence les interactions d'échange magnétique des ions de manganèse et de terre rare impliqués dans les phénomènes magnétoélectriques de ces composés. Il sera aussi démontré que ces interactions sont modulables par l'application d'un champ magnétique pour donner lieu à des transferts partiels de charges, calculés à partir des changements énergétiques des modes infrarouges, permettant la réplique exacte du comportement magnétoélectrique de la polarisation du HoMnO[indice inférieur 3].

Des mesures de transmission optique et de luminescence des niveaux électroniques 4[florin] du HoMnO[indice inférieur 3] seront aussi présentées. Il sera vu que des changements importants de plusieurs transitions électroniques en fonction de la température et du champ magnétique appliqué se produisent et se corrèlent aux transitions de phases magnétoélectriques du cristal. La modulation des intensités de certaines transitions électroniques, voire même leur apparition et leur disparition, indiquent que des changements importants dans l'hybridation des électrons 4[florin] du Ho[indice supérieur 3+] produisent avec les niveaux 3d du Mn[indice supérieur 3+], de parité opposée, affectant les règles de sélection optiques. Ceci confirme du même coup un rôle majeur de ces derniers dans les phénomènes magnétoélectriques. Cette idée sera renforcée avec l'observation de transitions vibroniques indiquant une forte interaction des électrons 4[florin] du Ho[indice supérieur 3+] avec les modes de vibration du cristal qui ne peuvent se produire que via des effets d'hybridation étant donné leur confinement spatial et électronique.