Orders and couplings in multiferroic perovskites studied by Raman spectroscopy
Ordres et couplages dans les pérovskites multiferroïques étudiés par spectroscopie Raman
Abstract
Multiferroics are materials in which at least two ferroic orders coexist within a single
phase. Those combining a magnetic and a ferroelectric order are particulary attractive
materials. Indeed, the magnetization and the electrical polarization interracting through
the magnetoelectric coupling open new possibilities in the technologies of storage and manipulation
of the information. From a fundamental point of view, these complex materials
provide a unique opportunity for the study of the possible links between the magnetic and
ferroelectric orders. This work is focused on the perovskite family and more particularly
on BiFeO3 and TbMnO3.
BiFeO3 has one of the highest polarization of perovskites and an original magnetic
structure. Our Raman spectroscopy study on nanoparticles highlights a link between the
lattice, the magnetism and the surface at a peculiar size. This size can be related to the
periodicity of the magnetic cycloid which is the only comparable length scale.
TbMnO3 presents two types of magneto-electric coupling : a spontaneous one at the
origin of a polarization and a dynamic one giving rise to the electromagnons. At ambient
pressure, these two couplings are different but they merge when a hydrostatic pressure
is applied. Our Raman spectroscopy study at high pressure reveals different behaviors
between the electromagnons. Especially, we have observed a strong increase of one of the
electromagnon activity.
Les multiferroïques sont des matériaux dans lesquels coexistent au moins deux ordres
ferroïques au sein d’une même phase. Ceux combinant un ordre magnétique avec un ferroélectrique
sont particulièrement intéressants. En effet, la présence d’une aimantation
et d’une polarisation électrique interagissant via le couplage magnéto-électrique ouvre de
nouvelles possibilités dans les technologies de stockage et de manipulation de l’information.
D’un point de vue fondamental, ces matériaux complexes présentent l’opportunité
d’étudier les liens possibles entre les ordres magnétiques et ferroélectriques. Ce travail se
concentre sur la famille des pérovskites et plus particulièrement sur les matériaux multiferroïques
BiFeO3 et TbMnO3.
BiFeO3 possède une polarisation parmi les plus élevées des pérovskites et une structure
magnétique originale provenant d’un ensemble complexe d’interactions. Notre étude par
spectroscopie Raman sur des nanoparticules met en évidence un jeu de couplage entre
le réseau, le magnétisme et la surface à une taille particulière. Cette dernière peut être
rapprochée de la périodicité de la cycloïde magnétique, unique échelle de longueur comparable.
TbMnO3 présente deux types de couplage magnéto-électrique : un spontané qui est à
l’origine d’une polarisation et un dynamique dont proviennent les électromagnons. À pression
ambiante, ces deux couplages sont distincts mais ils se confondent lors de l’application
d’une pression hydrostatique. Notre étude de spectroscopie Raman à haute pression a mis
en évidence des comportements différents entre les électromagnons. Notamment, nous
avons observé une forte augmentation de l’activité d’un des électromagnons à haute pression.
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