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PSOM

29 juin 2018

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 : 2017


- Combining Multiscale Approaches for the Structure Determination of an Iron Layered Oxysulfate : Sr4Fe2.5O7.25(SO4)0.5
Bruno Gonano , Yohann Bréard, Denis Pelloquin, Vincent Caignaert, Olivier Perez, Alain Pautrat, Philippe Boullay, Philippe Bazin, Jean-Marie Le Breton.
INORGANIC CHEMISTRY Volume : 56 Issue : 24 Pages : 15241-15250 Published : DEC 18 2017


- Mn2TeO6 : a Distorted Inverse Trirutile Structure
Nami Matsubara , Françoise Damay, Bénédicte Vertruyen, Nicolas Barrier, Oleg I. Lebedev, Philippe Boullay, Erik Elkaïm, Pascal Manuel, Dmitry D. Khalyavin, and Christine Martin
INORGANIC CHEMISTRY Volume : 56 Issue : 16 Pages : 9742-9753 Published : AUG 21 2017


- Phase transitions and magnetic properties of LuFe2O4 under pressure
V. Markovich, I. Fita, A. Wisniewski, R. Puzniak, C. Martin, G. Jung, and G. Gorodetsky
PHYSICAL REVIEW B Volume : 96 Issue : 5 Article Number : 054416 Published : AUG 11 2017


- Superexchange interactions between Fe-3d and Ln-4f states : long range antiferromagnetism in perovskite derivatives Ba3LnFe2O7.5
Asish K. Kundu, Vincent Caignaert, Vincent Hardy, Bernard Raveau
JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY C Volume : 5 Issue : 29 Pages : 7236-7242 Published : AUG 7 2017


- Spin dynamics in the distorted triangular lattice antiferromagnet ?-SrCr2O4
M. Songvilay, S. Petit, E. Suard, C. Martin, and F. Damay
PHYSICAL REVIEW B Volume : 96 Issue : 2 Article Number : 024416 Published : JUL 12 2017


- Valence and spin-state transition in cobaltates revisited by x-ray magnetic circular dichroism
F. Guillou, K. Kummer, Y. Bréard, L. Hervé, V. Hardy.
PHYSICAL REVIEW B Volume : 95 Issue : 17 Article Number : 174445 Published : MAY 30 2017


- Coexistence of G- and C-type orbital ordered phases and its correlation with magnetization reversal in YVO3
Rana Saha, Francois Fauth, Vincent Caignaert, and A. Sundaresan
PHYSICAL REVIEW B Volume : 95 Issue : 18 Article Number : 184107 Published : MAY 19 2017


- Single-ion and single-chain magnetism in triangular spin-chain oxides
Md. Motin Seikh, Vincent Caignaert, Olivier Perez, Bernard Raveau, and Vincent Hardy
PHYSICAL REVIEW B Volume : 95 Issue : 17 Article Number : 174417 Published : MAY 11 2017


- Morin-like spin canting in the magnetic CaFe5O7 ferrite : A combined neutron and Mössbauer study
C. Delacotte, Y. Bréard, V. Caignaert, V. Hardy, J.M. Greneche, S. Hébert, E. Suard, D. Pelloquin.
JOURNAL OF SOLID STATE CHEMISTRY Volume : 247 Pages : 13-19 Published : MAR 2017


- Charge ordering and multiferroicity in Fe3BO5 and Fe2MnBO5 oxyborates
A. Maignan, F.Lainé, A.Guesdon, S.Malo, F.Damay, C.Martin
JOURNAL OF SOLID STATE CHEMISTRY Volume : 246 Pages : 209-213 Published : FEB 2017


- Structure and Electronic Properties of the Quasi-One-Dimensional Ba2Co1-xZnxS3 Series
Mark R. Harrison, Antoine Maignan, Vincent Hardy, Oleg I. Lebedev, Nigel A. Young, M. Grazia Francesconi
INORGANIC CHEMISTRY Volume : 56 Issue : 1 Pages : 213-223 Published : JAN 2 2017