Frustration géométrique:vers une réalisation expérimentale
 
 
 
  Frustration géométrique    
  Il y a actuellement une activité intense en chimie du solide pour élaborer (ou redécouvrir) de nouveaux matériaux susceptibles de présenter une physique « liquide de spin ». Il serait difficile d’en dresser une liste exhaustive ! Nous ne montrons ici que quelques archétypes de systèmes frustrés sur lesquels nous travaillons au laboratoire.    
       
  bicouche kagomé    
 
   
  Malgré une structure magnétique relativement complexe, SrCr9-xGa3+xO19 a été pendant longtemps la meilleure réalisation connue de la physique liquide de spin. Ce composé a donc bien sûr suscité un grand nombre d’études. Cet isolant est constitué d’un empilement de plans atomiques. Les seuls ions magnétiques sont les Cr3+ (S=3/2, spin « Heisenberg ») en interaction AF. Ils sont présents sur trois plans: un plan « Kagomé » et deux plans triangulaires. Mais 70% des Cr3+ sont sur le plan Kagomé; on s’attend donc à ce que la physique de SrCr9-x Ga3+xO19 soit entièrement gouvernée par la physique des plans Kagomé. Des études macroscopiques (Susceptibilité, Chaleur Spécifique,...) confirment cette hypothèse. Notamment des études par Neutrons et par µSR (Résonance de Muons) révèlent que même si l’interaction Cr-Cr est très forte (~500 K), la corrélation spin-spin n’excède jamais la distance interatomique, et que l’état fondamental à T~0 K présente des fortes fluctuations. Par contre, rien n’est connu de la susceptibilité intrinsèque des plans Kagomé car les mesures macroscopiques sont dominées aux basses températures par un comportement de Curie dû à des centres paramagnétiques (~ 1%) non identifiés. Notre approche par la RMN est la première étude locale menée sur SrCr9-xGa3+xO19. Les noyaux de Ga sont couplés aux spins du plan Kagomé et d’un plan triangulaire via une interaction hyperfine. Ainsi en sondant les noyaux de Ga via la RMN nous sommes sensibles à la physique « Kagomé ».    
       
  Reseau kagome    
 
   
  La volborthite est un minéral naturel qui a été redécouvert très récemment pour ses propriétés magnétiques. Le réseau magnétique est constitué de spin ½ (Cu2+) au nœud d’un réseau type kagomé. Contrairement au kagomé idéal, cette structure est construite sur des triangles légèrement isocèles (deux types de cuivre). Il s’agit de l’un des tous premiers candidats qui satisfait toutes les exigences théoriques pour l’apparition d’un fondamental liquide de spin : spin quantique ½, basse dimensionnalité (empilement de couches simples bien séparées) et réseau frustrant kagomé.    
       
 

Reseau pyrochlore

Les pyrochlores forment une famille particulièrement riche d’oxydes de formule A2B2O7. Nous nous intéressons particulièrement au cas le plus simple où A est une terre rare (magnétique) et B un élément non magnétique. Selon la terre rare, les échantillons présentent des spins Heisenberg ou anisotropes, couplés ferromagnétiquement ou antiferromagnétiquement avec des valeurs de spin variées. La compétition anistropie-couplage ouvre un diagramme de phase magnétique très riche. De nouveaux états magnétiques ont ainsi été découverts, en particulier l’état « glace de spin » (analogue magnétique de la glace). L’un des avantages de cette famille est la possibilité de synthèses de monocristaux. Le composé Tb2Ti2O7 se distingue particulièrement. Ce composé ne s’ordonne qu’à très basse température (50mK) ce qui indique une très forte frustration des interactions magnétiques. La compréhension de ce comportement paramagnétique collectif est encore un problème largement ouvert.

   
       
  geometrie frustree et liquides de spin    
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