Systèmes magnétiques à frustration géométrique: approches expérimentale et théorique - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2007

Highly frustrated magnets: experimental and theoretical approaches

Systèmes magnétiques à frustration géométrique: approches expérimentale et théorique

Julien Robert
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 955582

Résumé

In this thesis, the magnetic properties of geometrically frustrated systems have been studied, using experimental and theoretical approaches. In the manuscript, the study of magnetic lattices based on corner-sharing triangles is reported in three different parts. The first part concerns the La3Cu2VO9 compound, formed by weakly coupled frustrated planar clusters, each one being constituted of 9 coupled spins 1/2. In this system, different regimes are successively stabilized when the temperature is decreased: the high temperature paramagnetic regime of individual spins is followed by a paramagnetic regime of collective pseudo-spins 1/2 associated to each cluster below 20 K. Finally, short range inter-cluster correlations emerge below 2 K, indicating a hierarchical rise of the correlations. The following parts are dedicated to the study of the dynamical properties of the kagome lattice. We first show that the langasite compound Nd3Ga5SiO14, in which the anisotropic magnetic moments carried by the Nd3+ ions form a kagome lattice, does not present any magnetic ordering down to 2 K, despite a Curie-Weiss temperature of a few tens of Kelvin. Moreover, we could observe a slowing down of the spin fluctuations below 300 K. Finally, we present a numerical study of the spin dynamics of the Heisenberg antiferromagnet on the kagome lattice. We show that unexpected collective excitations develop below T/J=0.01, in spite of the very short spin-spin correlation length in the system. In addition, some of the excitations are characterized by a non-uniform distribution of spectral weight. This is understood as an effect of the particular geometry of this network.
Ce manuscrit présente une étude des propriétés magnétiques de systèmes géométriquement frustrés, à partir d'approches à la fois expérimentales et théoriques. Cette étude de réseaux de triangles à sommets partagés se divise en trois parties distinctes. La première concerne le composé La3Cu2VO9, constitué d'une assemblée d'agrégats planaires frustrés de 9 spins 1/2. Dans ce système, différents régimes sont successivement stabilisés lorsque la température décroît: le régime paramagnétique haute température de spins individuels est suivi d'un régime paramagnétique de pseudo-spins collectifs 1/2 associés à chacun des agrégats, avant l'apparition sous 2 K de corrélations à courte portée entre agrégats, indiquant une mise en place hiérarchique des corrélations. Les parties suivantes sont dédiées à l'étude des propriétés dynamiques du réseau kagome. Dans ce cadre, nous montrons tout d'abord que le composé langasite Nd3Ga5SiO14, matérialisant un réseau kagome de moments magnétiques anisotropes, ne présente pas d'ordre magnétique ni de gel jusqu'à 2 K, malgré une température de Curie-Weiss comprise entre -15 et -45 K. De plus, nous avons pu observer un ralentissement des fluctuations magnétiques sous 300 K. Enfin, nous présentons une étude numérique de la dynamique de spins du modèle de Heisenberg antiferromagnétique sur le réseau kagome. Nous montrons le développement inattendu d'excitations collectives en dessous de T/J=0.01, bien que les corrélations de spins dans ce système soient à très courte portée. Par ailleurs, certaines excitations sont caractérisées par une distribution non-uniforme du poids spectral, étant interprétée comme un effet de la géométrie spécifique de ce réseau.
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Dates et versions

tel-00257237 , version 1 (18-02-2008)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00257237 , version 1

Citer

Julien Robert. Systèmes magnétiques à frustration géométrique: approches expérimentale et théorique. Matière Condensée [cond-mat]. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00257237⟩

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