CHAPITRE 2 : Techniques expérimentales
2. Travaux antérieurs
Le composé de base CdCr2Se4est un semi-conducteur ferromagnétique [1,2] ayant une température de Curie TC ≈130K et une température paramagnétique de Curieθp ≈200K. L’ion chrome Cr3+ occupe les sites octaédriques dans le sous-réseau B de la
spinelle (chapitre 1chapitre 1chapitre 1 § 1.1chapitre 1 1.11.11.1). L’interaction d’échange entre premiers voisins pour les ions magnétiques Cr3+ est une interaction par superéchange via les ions Se2- avec un angle égal à 90° [3]. Le moment magnétiqueµCr et le facteur de Landé g à 4.2 K sont 2.99 ± 0.02 µB par Cr3+ et 1.983 ± 0.003 respectivement [4].
4 2Se
ZnCr possède une structure hélimagnétique complexe, avec une transition du premier ordre à TN =21K, à laquelle les macrodomaines helimagnétiques se transforment en microdomaines métamagnétiques [5]. La transition de l’état magnétique vers l’état paramagnétique a lieu à T=45.5Kqui, d’après R. Plumier [5], pourrait être la température de Néel véritable pour ce composé. Cependant, toutes les mesures magnétiques faites sur ce composé ne montrent l’existence que d’une seule transition à TN =21K, que l’on prendra comme la véritable température de Néel pour ZnCr2Se4. La température de Curie paramagnétique vaut θp ≈100K dans ce cas [6]. Vu leurs propriétés électriques et optiques intéressantes, les composés CdCr2Se4 et ZnCr2Se4 ont fait l’objet de plusieurs études expérimentales et théoriques [7].
Dans la littérature, quelques travaux théoriques et expérimentaux ont été consacrés à l’étude du systèmeCd1−xZnxCr2Se4. Les mesures de susceptibilité χ en fonction de la température montrent une variation linéaire de la température de Curie paramagnétique θp en fonction de x [8]. A cause des différents paramètres, la différence entre l’interaction positive Cr-Se-Cr et Cr-Se-Se-Cr négative dans ZnCr2Se4 et CdCr2Se4 ne peut être estimée avec une grande
précision [9]. Les mesures du moment magnétique et de susceptibilité faite par G. Busch et al. [10] montrent que les propriétés magnétiques du système Cd1−xZnxCr2Se4 dépendent du champ magnétique appliqué, ce qui permet d’expliquer la différence entre les résultats obtenus par P. K. Boltzer et al. [8] et F. K. Lotgering [9]. En utilisant les mesures de perméabilité à haute fréquence, V. E. Makhotkin et al. [11] concluent que le changement, résultant de la substitution des ions Cd2+ par les ions Zn2+, affecte principalement les interactions à longue portée par superéchanges Cr-Se-D-Se-Cr (D = Zn, Cd). Des mesures de diffraction des neutrons faites par Sadykhov et al. [12] ont conduit ces auteurs à conclure que, lorsque la concentration en Zn croît, le passage des composés à structure ferromagnétique vers ceux à structure antiferromagnétique se fait via un état magnétique désordonné. Pour
0.4
<
x , l’ordre est ferromagnétique, alors que pour x>0.6, l’état magnétique prédominant est antiferromagnétique. Aucune explication claire sur l’état magnétique pour 0.4<x<0.5
Chapitre 3 Chapitre 3Chapitre 3
Chapitre 3 : Propriétés magnétiques et diagramme de phase du : Propriétés magnétiques et diagramme de phase du : Propriétés magnétiques et diagramme de phase du : Propriétés magnétiques et diagramme de phase du système Cdsystème Cdsystème Cdsystème Cd111----xxxx1 ZnZnZnZnxxxxCrCrCrCr2222SeSeSeSe4444
36
n’a été donnée par ces auteurs. Les résultats de A. V. Myagkov et al. [13,14] obtenus par mesure de susceptibilité dynamique et d’aimantation rémanente semblent montrer l’existence d’un état verre de spin pour x≈0.4. Un diagramme de phase magnétique préliminaire a été proposé [15] dans lequel aucune transition vers un état verre de spin n’apparaît dans la région0.4<x<0.6. En utilisant la théorie des ondes de spin et la théorie du champ moyen, les intégrales d’échanges ont été calculées jusqu’au troisième proche voisin [16,17] pour les compositionsx=0.35,0.41et0.45. L’analyse critique des composés x=0.35,0.45et0.55 a été faite en utilisant les lois d’échelle et les diagrammes d’Arrott modifiés [18]. Pourx=0.35, les exposants critiques obtenus sont ceux d’un système ferromagnétique classique qui sont en accord avec ceux d’un système tridimensionnel de Heisenberg. Pour la première fois, une transition réentrante a été mise en évidence pour le composé x=0.55 et les exposants critiques obtenus sont différents de ceux d’un système ferromagnétique classique. Quelques travaux ont été consacrés aux calculs des intégrales d’échange pour certaines compositions ainsi qu’à la proposition de diagrammes de phases magnétiques [19-22]. Cependant, tous ces travaux n’apportent aucune description claire sur les états magnétiques existant dans le système, et beaucoup de questions restent sans réponse sur la vraie nature des transitions magnétiques dans la région0.5≤x≤0.6.
Référence Baltzer et al. [8] Buch et al. [10] Makhothin et al. [11] Myagkov et al. [13,14] x = 0.4 TC = 72 TC = 105 TC = 58 Tg = 21 Phase magnétique F F F
VS?
x = 0.5 TC = 65 TN = 11,8 TN = 20 TN = 16 Phase magnétique F AF AF AF x = 0.6 TN = 20 TN = 15 TN = 18 TN = 19 Phase magnétique AF AF AF AFTableau 1 : Phases magnétiques et températures de transition dans la région 0.4≤x≤0.6 obtenues par différents auteurs.
Les différentes phases magnétiques ainsi que les températures d’ordres obtenues par différents auteurs sont résumées dans le tableau ci-dessus. Pour x=0.4, bien que les trois premiers auteurs s’accordent sur la phase ferromagnétique, néanmoins il y a une grande
un état verre de spin avec une température de gel de 21 K.
Pour x=0.5, seul Baltzer décrit le composé comme étant ferromagnétique, alors que pour les autres auteurs, la structure prédominante est antiferromagnétique avec une grande disparité dans les valeurs de TN. Pour la dernière composition, les auteurs s’accordent tous sur la phase prédominante antiferromagnétique mais sans accord sur la valeur de TN.
L’insuffisance des résultats obtenus jusqu’à présent sur ce système et les différentes contradictions entre les résultats des différents auteurs nous ont conduit à entreprendre une étude détaillée sur le système Cd1−xZnxCr2Se4 0≤x≤1 en particulier une étude minutieuse dans la région 0.4≤x≤0.65 a été faite en utilisant différentes techniques de mesure aussi bien statiques que dynamiques, en vue d’établir un digramme de phase magnétiques définitif de ce système.