44
ÉTUDE DU SYSTÈME QUASI UNIDIMENSIONNEL A X A’ 1-X Nb 2 O 6 (A ET A’ = Ni, Fe ET Co): PRÉPARATION ET CARACTÉRISATION DES PROPRIÉTÉS STRUCTURALES ET MAGNÉTIQUES. PAULO WILLIAN CARVALHO SARVEZUK DIRECTEURS DE THÈSE: PROF. DR. JOÃO BATISTA M. DA CUNHA (UFRGS) PROF. DR. OLIVIER ISNARD (UJF – GRENOBLE)

Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

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ÉTUDE DU SYSTÈME QUASI UNIDIMENSIONNEL AXA’1-XNb2O6 (A

ET A’ = Ni, Fe ET Co): PRÉPARATION ET

CARACTÉRISATION DES PROPRIÉTÉS STRUCTURALES ET

MAGNÉTIQUES.

PAULO WILLIAN CARVALHO SARVEZUKDIRECTEURS DE THÈSE:

PROF. DR. JOÃO BATISTA M. DA CUNHA (UFRGS)PROF. DR. OLIVIER ISNARD (UJF – GRENOBLE)

Page 2: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

SOMMAIRE

Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB2O6

Structurales Magnétiques

Motivation Méthodes expérimentales

Résultats et discussions Systèmes Co/Ni puis Fe/Co et Ni/Fe

Conclusions et perspectives

Page 3: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

Importance économique

• Resonnateur microondes actuels à base de Ta perovskite : Ba(Zn,Ta)O3 ou Ba(Mg,Ta)O3!!

• Ressources accessibles limitées prix très variable Ta 75$/kg en 1999 jusqu’à 500$/kg en 2000 !

• => remplacer le Ta ?

INTRODUCTION

Nb bien moins cher! 10 $/kg

Minerais AB2O6 sources statégiques de Nb,Ta !

Page 4: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

AB2O6 : Important potentiel d’applications

• Proprietés dielectriques pour fréquences micro-ondes A=Zn, Co, Ni, Mg, Ca … B=Nb, Ta

R.C. Pullar et al. J. Eur. Ceramic Society 26

(2006) 1943

• Propriétés photocatalytiques pour décomposition de l’eau A=Ni, B= Nb, Ta

Ye et al. Int. J. Hydrogen Energy 28 (2003)

651

• Conductivité ionique (oxygène) et électronique MnNb2O6-d

Orera et al. Chemistry of Materials 19 (2007)

2310-2315• Conductivité électrique NiNb2-xTaxO6

Lopez-Blanco et al. J. Sol. State Chemistry 182

(2009) 1944

INTRODUCTION

Page 5: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

Importance scientifique des composés ANb2O6

• Composés modèles pour le magnétisme de basse dimensionnalité

• Interplay of Quantum Criticality and Geometric Frustration in Columbite

S. Lee, R. K. Kaul, and L. Balents, Nature Phys. 6, 702 (2010)

• Quantum Criticality in an Ising Chain: Experimental Evidence for Emergent E8 Symmetry

R. Coldea et al. Science 327, 177 (2010)

Sujet actuel et dynamique

INTRODUCTION

Page 6: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

K2NiF4

INTRODUCTION

Composés de basse dimensionnalité

la référence historique 2D K2NiF4

Page 7: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

Tantalite B = Ta Columbite B = NbK2NiF4

INTRODUCTION

AB2O6 A= MT

P42 / m n m P b c nb

a

Page 8: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

INTRODUCTIONcolumbite

ANb2O6

Page 9: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

INTRODUCTION

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0,0

5,0x10-5

1,0x10-4

1,5x10-4

Susc

epti

bili

té (

u.a.

)

Temperature (K)

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

0,00005

0,00010

0,00015

Temperature (K)

NiNb2O6

TN=5,1 K

Page 10: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

ANb2O6 - P b c nNi :TN = 5,7 K; (0, ½, 0 ) et( , , 0)½ ½ ; Fe :TN = 4,9 K; (0, ½, 0 ) et ( , , 0)½ ½ ; Co :TN = 2,95 K; 2,95 K ≥ T ≥ 2 K;

( 0, ky, 0) avec 0,37 ≥ ky ≥ 0,49;

T ≤ 1,98 K

( 0, ½ , 0);Fe et Ni = Heid et al. (1996)Co = Kobayashi et at. (2000), Scharf et al. (1979)

INTRODUCTION

Vecteurs de propagation:

Aucune étude publiée sur le magnétisme des mélanges Co/Ni, Ni/Fe et Fe/Co.

Page 11: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

Etudier le magnétisme unidimensionnel de ces systèmes

Dans les séries modèles choisies ANb2O6 : A = Fe-Ni  , Co-Ni et Co-Fe pour lesquels les composés purs avait été étudiés.

Démarches basées sur la substitutions des cations magnétiques et l’analyse de son effet sur : Structure Cristalline; Propriétés Physiques en particulier Magnétiques; Structure Magnétique;

MOTIVATION

Page 12: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

Préparation et obtention des échantillons : AxA’1-xNb2O6 ( A, A’ = Co, Ni et Fe )

Caractérisation structurale et magnétique:- Diffraction des rayons X;

- Susceptibilité magnétique;- Diffraction des neutrons;- Spectroscopie Mössbauer

Analyse et modélisation des propriétés magnétiques

APPROCHE EXPÉRIMENTALE

Page 13: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

MÉTHODES D’ ÉLABORATION

Co3O4

NiOFe+Fe2

O3

+Nb2O5

1100 ºC/30h Air

CoNb2O6

1300 ºC/48h Air

NiNb2O6

1100 ºC/30h Vide

FeNb2O6

(x).ANb2O6 + (1-x). BNb2O6 1300 ºC/24h

AirCoxNi(1-

x)Nb2O6

1100 ºC/24h Vide

FexCo(1-

x)Nb2O61300 ºC/24h

VideNixFe(1-x)Nb2O6

Page 14: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

•Diffraction de rayons X;

•Susceptibilité Magnétique;

•Chaleur Specifique

•Diffraction de neutrons

•Spectroscopie Mössbauer

Diffratocmètre D-500 Siemens- Température ambiante-Géometrie Bragg Brentano θ-2θ-Source au Cuivre: Kα1 = 1,54056 Ǻ

Kα2 = 1,54439 Ǻ

MÉTHODES EXPERIMENTALES

Magnetomètre à extraction BS2 CNRS ou SQUID

•Diffraction de rayons X;

•Susceptibilité Magnétique;

•Chaleur Specifique

•Diffraction de neutrons

•Spectroscopie MössbauerPPMS

Quantum Design

•Diffraction de rayons X;

•Susceptibilité Magnétique;

•Chaleur Specifique

•Diffraction de neutrons

•Spectroscopie MössbauerD1B - ILL

•Diffraction de rayons X;

•Susceptibilité Magnétique;

•Chaleur Specifique

•Diffraction de neutrons

•Spectroscopie Mössbauer

•Diffraction de rayons X;

•Susceptibilité Magnétique;

•Chaleur Specifique

•Diffraction de neutrons

•Spectroscopie Mössbauer

Page 15: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

RÉSULTATS ET DISCUSSIONS

Etude expérimentale du système CoxNi1-xNb2O6

Page 16: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

CoxNi1-

xNb2O6

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80-2,0x103

0,0

2,0x103

4,0x103

6,0x103

8,0x103

1,0x104

1,2x104

Experimental Ajustement position de Bragg

CoNb2O

6

Inte

nsit

é (u

. a.)

2

Rayons-XTempératureAmbiante

15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

2,0x104

4,0x104

6,0x104

8,0x104

1,0x105

x = 0,40 Expérimental Ajustement Position de Bragg

Inte

nsité

(u.

a.)

Neutrons 20 K:

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100398

400

402

404

406

408

Volume 300K Volume 20K

Vol

ume

( Å

3 )

x ( % )

CoxNi

1-xNb

2O

6

Etude expérimentale du système CoxNi1-xNb2O6

Page 17: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

Chaleur Specifique

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

5

10

15

20

25

30

Cha

leur

spé

cifi

que

( J/m

ol.K

)

T ( K )

CoNb2O

6

Co0,95

Ni0,05

Nb2O

6

Co0,90

Ni0,10

Nb2O

6

Co0,80

Ni0,20

Nb2O

6

Co0,70

Ni0,30

Nb2O

6

Co0,40

Ni0,60

Nb2O

6

Co0,10

Ni0,90

Nb2O

6

1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,00

2

4

6

8

T ( K )

Page 18: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

Mesures MagnétiquesCoxNi1-xNb2O6

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0,0

2,0x10-4

4,0x10-4

6,0x10-4

8,0x10-4

(em

u/O

e)

T (K)

CoNb2O

6

Co0,95

Ni0,05

Nb2O

6

Co0,8

Ni0,2

Nb2O

6

Co0,6

Ni0,4

Nb2O

6

Co0,4

Ni0,6

Nb2O

6

Co0,2

Ni0,8

Nb2O

6

NiNb2O

6

2 4 6 8 10 12 14 16

0,0

5,0x10-4

1,0x10-3

(em

u/O

e)

T (K)

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300

0

15

30

45

60

75

90

105

120

1/ 1

/( B

ohr/f

orm

ula/

T)

T (K)

CoNb2O

6

Co0,95

Ni0,05

Nb2O

6

Co0,90

Ni0,10

Nb2O

6

Co0,85

Ni0,15

Nb2O

6

Co0,80

Ni0,20

Nb2O

6

Co0,75

Ni0,25

Nb2O

6

Co0,70

Ni0,30

Nb2O

6

Co0,65

Ni0,35

Nb2O

6

Co0,60

Ni0,40

Nb2O

6

Co0,40

Ni0,60

Nb2O

6

Co0,20

Ni0,80

Nb2O

6

Co0,15

Ni0,85

Nb2O

6

Co0,10

Ni0,90

Nb2O

6

Co0,05

Ni0,95

Nb2O

6

NiNb2O

6

Page 19: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

ModèleCoxNi1-xNb2O6

𝜽𝒘= (𝟐 𝑱𝟎+𝒛⊥. 𝑱⊥ )𝑺𝟐

𝝌=𝟏

𝝌𝟎−𝟏−𝒛⊥ . 𝑱⊥

𝝌𝟎=𝑺𝟐

𝑻𝒆𝟐𝑺𝟐 𝑱 𝟎 /𝑻

𝑴 (𝑯 ,𝑻 )=𝑺 𝒆𝟐𝑺𝟐 𝑱 𝟎 /𝑻 𝒔𝒊𝒏𝒉 (𝑺𝑯 /𝑻 )

[𝒆𝟒𝑺𝟐 𝑱 𝟎 /𝑻 𝒔𝒊𝒏𝒉𝟐 (𝑺𝑯 /𝑻 ) ]𝟏/𝟐

𝝌=𝑪

(𝑻−𝜽𝑾 )

ou:

avec:

Page 20: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

Etude expérimentale du système CoxNi1-xNb2O6

x ӨW

±2,5( K )

TN ( K ) J0 ( K ) J⊥ ( K ) μeff ( μB )

0 11,3 5,1 6,3 -0,216 3,25(±0,9)0,05 8,7 4,9 4,97 -0,277 3,21(±0,8)0,1 8,6 4,5 4,55 -0,219 3,15(±1,2)

0,15 7,1 4,4 3,83 -0,254 3,12(±1,5)0,2 9,4 3,7 4,18 -0,099 3,09(±1,2)0,4 4,3 3,4 2,09 -0,2 3,45(±0,9)0,6 3,4 3,2 1,55 -0,183 3,77(±1,5)

0,65 3,52 3,1 1,49 -0,163 3,84(±1,1)0,7 3,09 2,8 1,28 -0,145 3,88(±1,2)

0,75 2,5 2,7 3,2 1,24 -0,194 3,38(±1,7)0,8 3,3 2,6 3,1 1,3 -0,153 3,98(±1,2)

0,85 2,42 2,3 3,0 1,1 -0,167 4,10(±1,6)0,9 4,61 2,2 3,1 1,42 -0,1 4,25(±1,3)

0,95 4,56 2,0 3,0 1,34 -0,098 4,36(±1,1)1 3,9 1,9 2,9 1,18 -0,0104 4,40(±1,3)

>>

Page 21: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

Etude expérimentale du système CoxNi1-xNb2O6

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75

0,0

5,0x103

1,0x104

1,5x104

2,0x104

2

Experimental Affinement Position de Bragg (0 0,4 0) Différence

Inte

nsit

é (u

.a.)

Diffraction de Neutrons T = 2,5 K

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

0

1x104

2x104

3x104

4x104

5x104

6x104

Diffraction de neutrons T = 1,8 K

Inte

nsité

(u.

a.)

2

Experimental Ajustement Position de Bragg (0, 1/2, 0) (1/2, +-1/2, 0)

CoNb2O6

Page 22: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

RÉSULTATS ET DISCUSSIONS

Page 23: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

Etude expérimentale du système CoxNi1-xNb2O6

15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

-3,0x103

0,0

3,0x103

6,0x103

9,0x103

1,2x104

1,5x104

1,8x104

In

tens

ité (

u. a

.)

Experimental Ajustement position de Bragg (0, 1/2, 0) (1/2, +-1/2, 0)

Co0,95

Ni0,05

Nb2O

6

2

DNT = 1,8 K

Page 24: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

Etude expérimentale du système CoxNi1-xNb2O6

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

M ( B

ohr/f

orm

ule)

0H ( T )

300K 200K 100K 50K 25H 15K 5K 2K

CoNb2O

6

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

M (

B

ohr/f

orm

ule

)

0H ( T )

CoNb2O

6

Co0,60

Ni0,40

Nb2O

6

Co0,20

Ni0,80

Nb2O

6

Co0,10

Ni0,90

Nb2O

6

T = 2 K

Page 25: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

RÉSULTATS ET DISCUSSIONS

Etude expérimentale du système FexCo1-xNb2O6

Page 26: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

FexCo1-

xNb2O6

15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

Experimental Ajustement Position de Bragg Différence

Fe0,40

Co0,60

Nb2O

6

Inte

nsit

é (u

. a.)

2

Rayons-XTempérature ambiante

15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

2,0x104

4,0x104

6,0x104

8,0x104

Int

ensi

té (

u. a

.)

x = 0,80 Experimental Ajustement Position de Bragg

2

Neutrons 20 K:

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0405

406

407

408

409

410

411

412

413

Raios-X 300K Neutrons a 20K

x

Vol

ume

( Å3 )

Etude expérimentale du système FexCo1-xNb2O6

Page 27: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

Mesures magnétiquesFexCo1-xNb2O6

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300

0

10

20

30

40

50

60

1/ 1

/( B

ohr/f

orm

ula/

T)

T (K)

CoNb2O

6

Fe0,20

Co0,80

Nb2O

6

Fe0,40

Co0,60

Nb2O

6

Fe0,60

Co0,40

Nb2O

6

Fe0,80

Co0,20

Nb2O

6

FeNb2O

6

x ӨW ( K ) C ( uem.k/mol/T )

μeff ( μB )

0 3,9(±1,5) 2,42 4,40,2 4,2(±1,1) 2,46 4,440,4 4,2(±1,7) 2,75 4,690,6 3,4(±1,2) 3,34 5,170,8 3,3(±1,3) 3,64 5,41 6,6(±1,0) 3,67 5,42

Contribution paramagnétiq

ue de Van Vleck

Page 28: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

Mesures magnétiquesFexCo1-xNb2O6

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

FeNb2O

6

Fe0,80

Co0,20

Nb2O

6

Fe0,60

Co0,40

Nb2O

6

(ue

m/m

ol.O

e)

Temperature ( K )

Page 29: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

RÉSULTATS ET DISCUSSIONS

0,0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1 2,4 2,7 3,0

15

20

25

30

35

40

45

Fe0,20

Co0,80

Nb2O

6

Fe0,40

Co0,60

Nb2O

6

Fe0,60

Co0,40

Nb2O

6

( u

em/O

e.g

)

T ( K )

1,2 K

1,0 K

1,3 K

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,036

38

40

42

44

46

48

50

52

54

56

58

Fe0,20

Co0,80

Nb2O

6

/t

/t

Temperatura ( K )

Concentration x TN ( K ) J0 ( K ) J⊥ ( K )

1 4,9 1,12 -0,0980,80 2,4 0,61 -0,0520,60 1,2 0,56 -0,0120,40 0,8 0,73 -0,00250,20 1,3 0,84 -0,0065

0 2,95 1,18 -0,104

𝜽𝒘= (𝟐 𝑱𝟎+𝒛⊥. 𝑱⊥ )𝑺𝟐

𝝌=𝑪

(𝑻−𝜽𝑾 )avec:

Page 30: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

RÉSULTATS ET DISCUSSIONS

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10

-3

-2

-1

0

1

2

3

0H (T)

M (

B/f

orm

ule)

FeNb2O

6 T = 2K

Fe0,80

Co0,20

Nb2O

6 T = 3K

0 1 2 3 4 5 6 7 80

5

10

15

20

25

30

35

40

M (

emu/

g)

0H ( T )

T = 0,08 K Fe

0,20Co

0,80Nb

2O

6

Fe0,40

Co0,60

Nb2O

6

Fe0,60

Co0,40

Nb2O

6

Page 31: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

RÉSULTATS ET DISCUSSIONS

15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

0

20000

40000

60000

80000

Fe0,80

Co0,20

Nb2O

6

Experimental Affinement Position de Bragg (0, 1/2, 0) (1/2, +-1/2, 0) Différence

2 (°)

Inte

nsit

é (u

.a.)

a (Å) b (Å) c (Å) Rwp(%) RB (%)

14,189(5) 5,721(2) 5,035(1) 1,8 1,6µFe/Co (µB) 3,18(±0,2) (0 ½ 0) 87% (½ ±½ 0) 13%

RBMag (%) 15,3 30,2

Page 32: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

RÉSULTATS ET DISCUSSIONS

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75

Fe0,20

Co0,80

Nb2O

6

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75

Fe0,40

Co0,60

Nb2O

6

Fe0,60

Co0,40

Nb2O

6

Dif

fére

nce

(u.a

.)

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75

2

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75

Fe0,20

Co0,80

Nb2O

6

(0 ½ 0) (½ ±½ 0)

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75

2

Diffraction de

neutrons sur

poudre T = 0,4 K(0 ½ 0)

(½ ± ½ 0)

Incommensurable!

Page 33: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

RÉSULTATS ET DISCUSSIONS

Etude expérimentale du système NixFe1-xNb2O6

Page 34: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

-2,0x103

0,0

2,0x103

4,0x103

6,0x103

8,0x103

1,0x104

Expérimental Ajustement position de Bragg Différence

NiNb2O

6

Inte

nsité

(u.

a.)

2

Raios-XTemperaturaAmbiente

15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

2,50x104

5,00x104

7,50x104

1,00x105

1,25x105

x = 0,40 Expérimental Ajustement Position de Bragg

Inte

nsité

( u

.a. )

Neutrons 20 K:

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

400

402

404

406

408

410

412

414

Rayons X 300K Neutrons à 20K

x

V

olum

e (

Å3 )

NixFe1-xNb2O6

Etude expérimentale du système NixFe1-xNb2O6

Page 35: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

Spectroscopie Mössbauer 57Fe

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

8,4x106

8,7x106

x = 0,6

Vitesse ( mm/s )

5x106

5x106

x = 0,40

NixFe

1-xNb

2O

6

Cou

ps (

u.a

. )

7,2x106

7,5x106

x = 0,20

EchantillonEQ

(mm/s)IS

(mm/s)*Larg. Lign.

(mm/s)Ni0,20Fe0,80Nb2O

6

1,79 (0,01)

1,15 (0,01)

0,27 (0,01)

Ni0,40Fe0,60Nb2O

6

1,82 (0,01)

1,11 (0,01)

0,27 (0,01)

Ni0,60Fe0,40Nb2O

6

1,86 (0,01)

1,15 (0,01)

0,28 (0,01)

Température 300 K

Page 36: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

Mesures magnétiquesNixFe1-xNb2O6

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300

0

25

50

75

100

125

150

1/ 1

/( B

ohr/f

orm

ula/

T)

NiNb2O

6

Ni0,80

Fe0,20

Nb2O

6

Ni0,60

Fe0,40

Nb2O

6

Ni0,40

Fe0,60

Nb2O

6

Ni0,20

Fe0,80

Nb2O

6

FeNb2O

6

T (K)

b)

x ӨW ( K ) C ( uem.k/mol/T ) μeff ( μB )

0 6,6(±2,0) 3,7 5,440,20 4,9(±1,5) 3,3 5,110,40 5,8(±1,2) 2,3 4,320,60 4,7(±1,6) 2,8 4,700,80 7,3(±1,3) 1,8 3,83

1 11,3(±1,7) 1,3 3,25

Page 37: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

Chaleur Specifique

Ising 1D

Ch

ale

ur

sp

écifi

qu

e (

J/m

ole

.K)

Page 38: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

RÉSULTATS ET DISCUSSIONS

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75-1

0

1

2

Ni0,80

Fe0,20

Nb2O

6

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75-1

0

1

2

Ni0,60

Fe0,40

Nb2O

6

Dif

fére

nce

(u.a

.)

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75-1

0

1

2

Ni0,40

Fe0,60

Nb2O

6

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75-1

0

1

2

3

Ni0,20

Fe0,80

Nb2O

6

2

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

0

2

4

6

Dif

fére

nce

(u.a

.)

2 (°)

Ni0,20

Fe0,80

Nb2O

6

Composante magnétique exclusivement 1,6 K 1,0 K 0,4 K

T = 1,8 – 20 K

Page 39: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

ANb2O6 : Systèmes modèles avec magnétisme quasi-1D, frustration géométrique et fluctuations quantiques

Coexitence de deux structures magnétiques (0, ½, 0 ) et(½, ½, 0) pour CoNb2O6 aussi !

o ANb2O6 ont de nombreux points communs:o Structure isotype;o Solutions solide complètes;o Magnétisme à caractère 1D χ(T) et M(H);o Coexistence de deux structures magnétiques;o Structures magnétiques complexes voire

incommensurables;

CONCLUSIONS

Page 40: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

o Quantification de J0 dans la chaine ordre de quelques Ko J┴ est nettement plus faible

o Chaines Ising ferromagnétique en Zig-Zago Interaction antiferro inter-chaines sur réseau triangulaireo Un champ magnétique appliqué de l’ordre du T fait

transiter d’un ordre AF à F

Mais trois series au comportement magnétique très différent !

CONCLUSIONS

Page 41: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

CONCLUSIONS

FeNb2O6

TN=4,9Kcommensurable

CoNb2O6

TN=2,96KIncommensurable

TN=1,97K commensurable

NiNb2O6

TN=5,7Kcommensurable

Fe-CoIntermédiaire incommensurrable

à très basse température

Co-NiOrdre à longue

distance commensurable

Fe-NiPas d’ordre à longue distance, mais ordre à courte distance

Diminution de la maille cristalline

Page 42: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

o Diffraction de neutrons près de TN

o Elaboration de monocristaux

o Diffusion inélastique des neutrons

o Analyses de mesures de chaleur

spécifique

o Différencier J1 et J2

o Completer les mesures à températures

T<<1K

PERSPECTIVES

Page 43: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

REMERCIEMENTS

Carley Paulsen, Claire Colin et Virginie Simonet à l’Institut Néel, CNRS, Université Joseph Fourier Grenoble – France

Miguel A. Gusmão, Paulo Pureur N., et Jacob Scharf à l’Institut de Physique, UFRGS, Porto Alegre - Brésil

Et les services techniques des deux instituts

Thèse réalisée avec le support financier de :• Région Rhône Alpes

• Ministère des Affaires Étrangères

• Université UFRGS Université J. Fourier

• CNPq

• CAPES-COFECUB

Page 44: Introduction Contexte et intérêt général Caractéristiques des systèmes magnétiques AB 2 O 6 Structurales Magnétiques Motivation Méthodes expérimentales

REMERCIEMENTS

Prof. Dr. João Batista M. da Cunha

Prof. Dr. Olivier M. Isnard

À des amis: Reginaldo Barco Edgar dos Santos Marcio Soares