Bilan

Figure II.23 : Mesures d’aimantation en fonction du champ magnétique appliqué à 5 K.

Pour x = 5,5, le cycle fermé correspond à celui d’un ferromagnétique doux. Pour x = 4,4, le cycle s’ouvre légèrement (Hc ~ 300 Oe), ce qui

montre que l’ytterbium de valence intermédiaire porte un moment magnétique

La diminution de la valence lorsque la teneur en étain augmente dans la série YbMn

Ge

Sn

s’explique très certainement par l’expansion de la maille et donc la diminution de la pression

chimique ressentie par Yb. Cette dépendance à la concentration est plus sensible pour x ≳ 4,

probablement en raison du remplacement de Ge par Sn sur le site cristallographique 2d situé

dans la même tranche que les atomes d’ytterbium.

Dans ce système, Yb est toujours de valence intermédiaire, mis à part pour le germanure

YbMn

Ge

dans lequel il est trivalent. L’ordre magnétique du sous-réseau d’ytterbium, qui se

produit à des températures anormalement élevées pour les alliages en milieu de série (TYb ~ 40

K, 70 K et 90 K pour x = 3,8 ; 4,2 et 4,4 respectivement), est donc associé à un état de valence

intermédiaire. Ces températures de mise en ordre sont supérieures, d’un à deux ordre(s) de

grandeur, à celles des systèmes classiques où l’ytterbium de valence intermédiaire est allié à des

éléments non magnétiques [19–21]. L’originalité du système YbMn

Ge

Sn

, comparé à d’autres

matériaux impliquant un ytterbium de valence intermédiaire, repose sur les interactions avec le

sous-réseau magnétique de manganèse. Elles sont très probablement à l’origine de la

stabilisation du magnétisme de l’ytterbium de valence intermédiaire à des températures élevées

et pour des valences relativement basses (υ ~ 2,9).

L’évolution de la valence de l’ytterbium avec la température est tout aussi étonnante. Alors

qu’elle apparaît indépendante de la température pour les solutions solides externes (x = 0,0 et x

= 5,5), un comportement inhabituel se manifeste dans la solution solide intermédiaire. On

observe en effet une augmentation de la valence de l’ytterbium au refroidissement. L’apparition

d’un moment magnétique sur l’ytterbium de valence intermédiaire, ainsi que la dépendance

anormale de la valence au refroidissement, peuvent être expliquées par un modèle simple. Il est

basé sur le modèle d’Anderson à une impureté auquel est ajouté un terme Zeeman qui simule les

interactions d’échanges Mn-Yb. Néanmoins, il ne faut pas négliger le rôle de la contraction

thermique des paramètres de maille, qui peut aussi intervenir dans l’augmentation de valence

59

de l’ytterbium au refroidissement. La valence semble en effet très sensible aux variations des

distances interatomiques dans la solution solide intermédiaire.

En substituant le germanium par l’étain, l’accroissement des paramètres de maille

s’accompagne d’une augmentation de l’hybridation des électrons 4f (i.e. d’une diminution de la

valence de l’ytterbium). Cela conduit à la diminution du moment magnétique porté par

l’ytterbium ainsi qu’à l’augmentation de sa température de mise en ordre (Figure II.14). Les

modifications sont nettement plus marquées dans la solution solide intermédiaire avec x > 4. On

remarque que de faibles changements de valence de l’ytterbium induisent des variations

radicales de TYb ainsi que de mYb. Pour comprendre cela, il est possible de raisonner en termes

d’hybridation des électrons localisés 4f avec les électrons de conduction. L’écrantage Kondo

augmente avec l’hybridation (donc avec la teneur en étain) et permet d’expliquer la réduction du

moment magnétique porté par l’ytterbium. L’augmentation concomitante de TYb est plus

difficilement compréhensible. Néanmoins, ce cas de figure est prédit par la région ‘faible

hybridation’ du modèle de Doniach [13] (cf. section II.1.) pour laquelle la température d’ordre

magnétique augmente avec l’hybridation des états f de l’ytterbium. De plus, des propriétés

similaires ont été observées en changeant la pression externe ou chimique sur CeRh

B

[74,75],

matériau qui présente une hybridation des états 4f avec les électrons de conduction, ainsi qu’une

température de mise en ordre anormalement haute du sous-réseau 4f.

Notons que dans YbMn

Ge

Sn

, le magnétisme de l’ytterbium présente un caractère dual : à

la fois localisé et itinérant. Localisé, par l’ouverture du cycle d’hystérésis à basse température

(Figure II.23) suggérant l’existence d’une contribution orbitale significative au moment

magnétique de l’ytterbium de valence intermédiaire. Partiellement délocalisé, comme le

montrent les calculs de structure électronique sur les composés à ytterbium de valence

intermédiaire [3,4] et comme le suggère le caractère fortement hybridé des états 4f de

l’ytterbium magnétique dans la série YbMn

Ge

Sn

(υ ~ 2,9), probablement en lien avec ses

surprenantes propriétés magnétiques.

60

Ces travaux récents ont poussé l’équipe ‘Composés Intermétalliques et Matériaux Hybrides’

de l’IJL à approfondir les recherches sur le système YbMn

Ge

Sn

et ont motivé ce travail de

thèse. Plusieurs idées sont apparues au commencement de ce travail puis au cours des trois

dernières années. Les résultats obtenus sont présentés dans les chapitres III, IV et V de ce

manuscrit.

Dans un premier temps (Chapitre III), nous réexaminons la partie riche en étain du

diagramme pseudo-binaire YbMn

Ge

[11] J. Jensen, A.R. Mackintosh, Rare Earth Magnetism : Structures and Excitations (Clarendon,

[16] C. Pfleiderer, arXiv : 0905.2625v1 [cond-Mat.supr-Con] (2009).