Thèse soutenue

Développement de modèles pour la description de structures de basse dimensionalité dans des systèmes électroniques corrélés
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Auteur / Autrice : Christian Hackenberger
Direction : Raymond FrésardThilo Kopp
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Milieux denses et matériaux
Date : Soutenance en 2006
Etablissement(s) : Caen en cotutelle avec Universität Augsburg

Résumé

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Ce travail de thèse est consacré à la compréhension théorique des propriétés magnétiques de Ca3Co2O6. Il s'agit d'un composé non métallique qui cristallise dans une structure perovskite hexagonale. Les propriétés magnétiques et électriques de Ca3Co2O6 présentent un caractère fortement uni-dimensionnel, et ce composé peut être décrit de manière simplifiée comme un réseau hexagonal de chaînes Co-O3. Orientées le long de l'axe c, ces chaînes sont formées de prismes trigonaux et d'octaèdres CoO6 en alternance. Des résultats expérimentaux suggèrent que seuls les atomes de cobalt en site prismatique portent un moment magnétique et que ces moments s'alignent ferromagnétiquement le long des chaînes au-dessous d'environ 25 K. En plus de cet ordre ferromagnétique un ordre antiferromagnétique dans les directions transverses apparaît également à des températures plus basses. Ce travail de thèse essaye de clarifier les causes microscopiques du couplage ferromagnétique le long de la direction c, pour lequel l'application des règles standards prédit un couplage antiferromagnétique. En se basant sur les concepts de superéchange et d'échange cyclique nous déterminons la différence énergétique entre ordres antiferromagnétique et ferromagnétique au quatrième voire cinquième ordre en théorie des perturbations. Une difficulté particulière provient de la prise en considération de l'interaction spin-orbite locale, particulièrement importante pour Ca3Co2O6 dont l'anisotropie magnétique est forte. En conjonction avec les ordres élevés de la théorie des perturbations cette petite échelle d'énergie requiert un traitement spécial des états quasidégénérés, qui est présenté pour la première fois dans ce travail. On obtient que, dans un intervalle de paramètres fini, l'ordre ferromagnétique recherché peut en effet être stabilisé de cette façon