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PSOM

4 mars 2019

Physique et Structures d’Oxydes Magnétiques (PSOM)

L’équipe PSOM regroupe des chercheurs de profils différents (plutôt « chimistes » ou plutôt « physiciens »), dont l’approche commune vise à établir et tenter de comprendre le lien entre les caractéristiques cristallochimiques de matériaux (essentiellement des oxydes à l’heure actuelle) et leurs propriétés physiques (magnétiques, électriques et thermiques, pour l’essentiel).

Membres de l’équipe

- Y. Bréard MCF

- V. Caignaert PR2

- A.C. Dhaussy MCF

- A. Guesdon MCF

- V. Hardy DR2

- S. Malo PR2

- C. Martin DR1

- N. Matsubara Doctorante*

- N. Sakly Doctorante**

- R. Hamane***

*Sujet de thèse : « Trirutiles et propriétés multiferroiques ; exploration de tellurates » Encadrant : C. Martin

**Sujet de thèse : « Molécules-Aimants et Chaînes-Aimants dans les Oxydes » Encadrants : V. Hardy et V. Caignaert

***Sujet de thèse : « First-order ferromagnetic transitions with a giant magnetocaloric effect for applications in magnetic cooling » Encadrant : V. Hardy

Nos activités couvrent un large spectre, allant de la synthèse de nouveaux composés jusqu’à l’interprétation de leurs propriétés physiques.

– Nous travaillons sur des matériaux « massifs », échantillons polycristallins ou monocristaux.
– Les caractérisations cristallochimiques sont réalisées en combinant des techniques de diffraction (RX, électrons, neutrons), de spectroscopies (ex : Mössbauer, EDS) et d’analyses (ex : ATG, DSC), avec une place particulière accordée aux microscopies (transmission et balayage).
– Les caractérisations physiques que nous utilisons en premier lieu sont des mesures de susceptibilité magnétique, aimantation, capacité calorifique, et réponse électrique (résistivité, constante diélectrique, polarisation, etc).
– Ces techniques sont très souvent combinées à des expériences de « grands instruments », comme la diffraction neutronique pour la détermination de structures magnétiques.

Les oxydes sont au cœur de nos activités, car nous sommes principalement intéressés par les comportements magnétiques relevant d’une approche localisée, c’est-à-dire où les interactions vont être de type super-échange, échange direct, double échange, etc. A ce titre, d’autres familles de matériaux comme les sulfures peuvent rentrer dans le champ de nos investigations. Le magnétisme de nos composés est associé à la présence d’ions de métaux de transition (essentiellement 3d mais aussi 4d et parfois 5d) et/ou de lanthanides (4f). Nous privilégions des configurations où les interactions sont suffisamment fortes pour pouvoir donner lieu à des mises en ordre sur le domaine de température correspondant à nos moyens d’étude (typiquement 2 - 400 K). Ces mises en ordre vont correspondre aux différents degrés de liberté qui sont en compétition dans ce type de matériaux : spins (transitions magnétiques, états de spin), charges (ordre de charge, transitions de type isolant-métal), réseau (transitions structurales), et orbitales (un vecteur essentiel entre spin et réseau dans ces matériaux). Même s’ils ont souvent tendance à s’opposer aux mises en ordre à longue portée, nous nous intéressons aussi aux effets de désordre, de dilution et de frustration (topologie du réseau ou des interactions), généralement dans une optique plus fondamentale.

Types de composés
Pérovskites (ex : Bi1-xSrxFeO3-δ), Spinelles (ex : FeV2O4), Delafossites (ex : CuCrO2), Swedenborgites (ex : CaBaCo4O7), α-ACr2O4 (A = Ca, Sr, Ba) et β-CaM2O4 (M = Cr, Fe, Mn, Sc), Double pérovskites distordues (ex : CaMn7-xCuxO12), Double pérovskites ordonnées (ex : NdBaMn2O6 Ferrites de type 2201 et 2212 (ex : Sr2B3O6.5-δ avec B = Fe,Co,Ga), Ferrites de type RFe2O4 (ex : LuFe2O4+δ), Borates (ex : Fe3-xMnxBO5), Wolframites (ex : MnWO4) , Alliages d’Heusler (ex : Ni-Co-Mn-Sn), Ferrites de type Ba2RFeO5, etc

Types de propriétés
Il peut s’agir de comportements physiques ayant un intérêt purement fondamental (ex : basse dimensionnalité, frustration géométrique etc), ou de propriétés pouvant aussi avoir un intérêt applicatif (ex : effets multiferroïques et magnétocaloriques). Même pour ces dernières cependant, notre approche reste centrée sur l’étude de l’origine des comportements observés (corrélations structures-propriétés), une démarche qui conserve un caractère « fondamental » à nos études, tout en permettant de fournir un « guideline » pour l’optimisation des propriétés en question.

Quelques Exemples

Illustrations

- IllustrationManganites

- Illustration_AM2O4

- IllustrationDelafossite

Exposés

- Single-Molecule and Single-Chain Magnet Behaviors in Oxydes

- Development of a magnetocaloric oxide to be used in a magnetic refrigeration device

- Coupled valence and spin state transitions resulting frome an interplay between Pr and Co in oxide

- Ordering process and ferroelectricity in a spinel derived from FeV2O4

- Derivation of the heat capacity anomaly at a first-order transition by using a semi-adiabatic relaxation technique

- Magnetic couplings and spin ordering in layered chromites of the series a-ACr2O4 with A=Ca/Sr/Ba

- Calorimetric investigation of the magnetocaloric effect in Ni45Co5Mn37.5In12.5

Posters

- Interplay between 3d-3d and 3d-4f interactions at the origin of the magnetic ordering in the Ba2LnFeO5 oxides

- Random dilution effects in 1D spin system CaCr2-xScxO4

- Fe3-xMnxBO5 (0 ≤ x ≤ 3) : Structures and physical properties

- Giant magnetoelectric coupling in CaBaCo4O7 oxides

- Precession Electron Tomography and Neutron Diffraction for Solving a Complex Layered Iron Oxysulfate Structure

- LuFe2O4+Δ : from magnetism to oxygen storage

- Magnetocaloric effect and magnetic refrigeration

- Spin dynamics in the triangular lattice compound Α-SrCr2O4

Sélection d’articles : 2018

- Spin reorientation and metamagnetic transitions in RFe0.5Cr0.5O3 perovskites (R = Tb, Dy, Ho, Er)
By : Bolletta, Juan P. ; Pomiro, Fernando ; Sanchez, Rodolfo D. ; et al.
PHYSICAL REVIEW B Volume : 98 Issue : 13 Article Number : 134417 Published : OCT 10 2018

- Pretransitional short-range ordering in a triangular lattice of Ising spin chains
By : Hardy, V. ; Caignaert, V. ; Perez, O. ; et al.
PHYSICAL REVIEW B Volume : 98 Issue : 14 Article Number : 144414 Published : OCT 9 2018

- Deciphering local complex order by HAADF in a disordered mixed polyanion iron oxide : Sr4Fe2[Fe-0.5(SO4)(0.25)(CO3)(0.25)]O-7.25
By : Gonano, Bruno ; Breard, Yohann ; Pelloquin, Denis ; et al.
DALTON TRANSACTIONS Volume : 47 Issue : 37 Pages : 13088-13093 Published : OCT 7 2018

- Type-II multiferroism and linear magnetoelectric coupling in the honeycomb Fe4Ta2O9 antiferromagnet
By : Maignan, Antoine ; Martin, Christine
PHYSICAL REVIEW MATERIALS Volume : 2 Issue : 9 Article Number : 091401 Published : SEP 5 2018

- Manganese Fluorene Phosphonates : Formation of Isolated Chains
By : Bloyet, Clarisse ; Rueff, Jean-Michel ; Caignaert, Vincent ; et al.
INORGANICS Volume : 6 Issue : 3 Article Number : 92 Published : SEP 2018

- Magnetodielectric coupling in a Ru-based 6H-perovskite, BaNdRu2O9
By : Basu, Tathamay ; Pautrat, Alain ; Hardy, Vincent ; et al.
APPLIED PHYSICS LETTERS Volume : 113 Issue : 4 Article Number : 042902 Published : JUL 23 2018

- P-T Phase Diagram of LuFe2O4
By : Poienar, Maria ; Bourgeois, Julie ; Martin, Christine ; et al.
CRYSTALS Volume : 8 Issue : 5 Article Number : 184 Published : MAY 2018

- Fe4Nb2O9 : A magnetoelectric antiferromagnet
By : Maignan, Antoine ; Martin, Christine
PHYSICAL REVIEW B Volume : 97 Issue : 16 Article Number : 161106 Published : APR 9 2018

- Interplay between single-ion magnetism, single-chain magnetism and long-range ordering in the spin chain oxides Sr4-xCaxMn2CoO9
By : Seikh, Md. Motin ; Caignaert, Vincent ; Perez, Olivier ; et al.
JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY C Volume : 6 Issue : 13 Pages : 3362-3372 Published : APR 7 2018

- Reversed exchange-bias effect associated with magnetization reversal in the weak ferrimagnet LuFe0.5Cr0.5O3
By : Fita, I. ; Markovich, V. ; Moskvin, A. S. ; et al.
PHYSICAL REVIEW B Volume : 97 Issue : 10 Article Number : 104416 Published : MAR 23 2018

- Low-field-actuated giant magnetocaloric effect and excellent mechanical properties in a NiMn-based multiferroic alloy
By : Cong, D. Y. ; Huang, L. ; Hardy, V. ; et al.
ACTA MATERIALIA Volume : 146 Pages : 142-151 Published : MAR 2018