Excitations magnétiques et cristallines et leur couplage dans les multiferroïque

Lattice, magnetic excitations and their coupling in multiferroic materials

• Auteur / Autrice : Jiaji Liu
• Direction : Maximilien Cazayous, Alain Sacuto
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Magnétisme

Ferroélectricité

Quasi-particules

Dualité onde-corpuscule

Résonance magnétique nucléaire

Interactions électron-phonon

Résumé

Les multiferroïques présentent la rare propriété de posséder simultanément un ordre magnétique et un ordre ferroélectrique qui interagissent via le couplage magnétoélectrique. Les caractéristiques des multiferroïques font ressortir de nouveaux phénomènes physiques et offrent des possibilités de nouvelles fonctions de l'appareil. BiFeO3 et RMnO3 hexagonaux sont deux multiferroïques selon la plupart des enquêtes. Dans ce travail, nous avons étudié les excitations de spin et réseau dans les RMnO3 hexagonaux (R = Yb, Y, Ho) et BiFeO3 films sur des substrats différents. Nos mesures de RMnO3 hexagonaux indiquent le couplage des excitations de phonons et des ondes de spin. En outre, les résultats montrent clairement que le R-Mn et l'interaction R-R interplan au long de l'axe c sont importants pour la structure magnétique de la h-RMnO3. Dans le BiFeO3 film, nous avons observé qu'une grande contrainte épitaxiale peut détruire la modulation cycloïdale et les non colinéaires commandes sont stables à faible contrainte. Une phase de mélange de deux ordres magnétiques est également détectée dans le BiFeO3 film. Dans l'état faible contrainte, un spin cycloïdal nouveau avec un vecteur d'onde de propagation le long de [110] est prédit et observé expérimentalement. Nos résultats ont des implications profondes pour la mise en oeuvre de BiFeO3 films dans les appareils magnonic et spintronique.

Multiferroic materials present the rare properties that simultaneously exist magnetic and ferroelectric orders and interaction between them. These features in mutliferroics bring out novel physical phenomena and offer possibilities for new device functions. BiFeO3 and hexagonal RMnO3 are two most investigated multiferroics. In this work, we have studied the lattice and spin excitations in hexagonal RMnO3 single crystals (R=Yb, Y, Ho) and BiFe03thin films on different substrates. Our measurements of hexagonal RMnO3 single crystals indicate the coupling of lattice and spin excitations. Moreover, the results clearly show the R-Mn and R-R interplane interaction along c-axis also play an important role in the magnetic structure of h-RMn03. In the case of BiFe03thin films, we have observed that high epitaxial strain can destroy the bulk-like cycloidal modulation and non-collinear orders are stable at low strain. A mixture phase of both magnetic orders is also detected in BiFe03thin films. In the lower¬strain state, a new cycloidal spin structure with a propagation wavevector along [110] is predicted and experimentally observed. Our findings have profound implications for the implementation of BiFeO3 films in magnonic and spintronic devices. Lndeed, our Raman scattering measurements reveal that strain can completely quench high energy magnon modes, offerin exciting possibilities for BiFe03-based magnonic devices.