Croissance cristalline et étude par spectroscopie Raman des orthochromites de terres rares RCrO3 (R=terre rare)

Multiferroics are materials exhibiting in the same phase, at least two ferroics orders such as magnetism and ferroelectricity, which is furthermore extended when these orders are coupled (magnetoelectric coupling). This multifunctionality is scientifically and technologically promising, and makes multiferroics more attractive, especially since the magnetization can be controlled by the application of an electric field, or the polarization can be controlled by a magnetic field. From a technological point of view, these materials open pathways for many applications in spintronics, magnetoelectric sensors, data storage memories, ... From a scientific point of view, their attractiveness is explained by the fact that many fundamental questions related to the mechanisms of the occurrence of ferroelectricity in a magnetic material, are still unanswered.Rare earth orthochromites RCrO3 (R=La, Pr, Nd and Sm) are antiferromagnetic and ferroelectric below the Néel temperature. The ferroelectric order appears in a centrosymmetric phase and various investigations carried out did not reveal any structural transition that could explain this behaviour. The studies performed on ceramic samples, highlighted a local symmetry breaking where magnetic interactions between chromium and rare earth ions play an important role. In order to deepen these results and bring out new elements to understand the behaviour of these compounds, we first synthesized high-quality single crystals of rare earth orthochromites RCrO3 by flux method, traveling solvent floating zone technique and hydrothermal growth technique. Then, we performed both room temperature polarized Raman scattering and temperature-dependent polarized Raman scattering on the synthesized single crystals. The analysis of room temperature spectra as a function of polarizer and analyser angles with respect to crystallographic axes allowed to observe and unambiguously assign 10 phonon modes that were not detected yet. The evolution of modes wavenumbers as a function of orthorhombic distortions were investigated and highlighted a mode mixing behaviour for several low wavenumber modes. Temperature-dependent Raman studies aimed to understand the behaviour of phonon modes before, during and after multiferroic transitions. Thus, the analysis of temperature-dependent spectra showed important changes in the vicinity of the Néel temperature. So, we demonstrated that some changes or interactions, occurring in the antiferromagnetic phase, are related to spin-phonon coupling and magnetostriction. Finally, we showed that other interactions occur at temperatures close to the ferroelectricity onset temperatures that reported in the literature.Les multiferroïques sont entre autres des matériaux possédant à la fois un ordre magnétique et un ordre ferroélectrique, le plus souvent couplés entre eux (couplage magnétoélectrique). Ce caractère multifonctionnel scientifiquement et technologiquement prometteur rend ces matériaux très attrayants, d’autant plus que l'aimantation peut être contrôlée par l'application de champ électrique, ou que la polarisation peut être contrôlée par un champ magnétique. D’un point de vue technologique, ils ouvrent la voie à des applications dans les domaines de la spintronique, des capteurs magnétoélectriques, des mémoires de stockage, etc. D’un point de vue scientifique, ce sont les questions fondamentales relatives à la compréhension des mécanismes gouvernant la présence d'un ordre électrique dans un matériau magnétique, qui expliquent leur attractivité. Les orthochromites de terre rare RCrO3 (R=La, Pr, Nd et Sm) sont des multiferroïques antiferromagnétiques et ferroélectriques. La ferroélectricité apparaît dans une phase centrosymétrique et les différentes études menées n'ont pas montré une transition structurale pouvant expliquer ce comportement. Les études concernant les céramiques orthochromites ont mis en évidence une brisure de symétrie locale, avec un rôle non négligeable des interactions magnétiques entre chrome et terre rare. En vue d‘approfondir ces résultats et apporter de nouveaux éléments à la compréhension du comportement de ces composés, des monocristaux de bonne qualité ont d’abord été synthétisés par les techniques de flux, de fusion de zone et par voie hydrothermale. Puis des études de spectroscopie de diffusion inélastique Raman en lumière polarisée en fonction de la température ont été réalisées sur ces monocristaux. L’étude Raman sur monocristaux à température ambiante a eu pour objectif de faire l’attribution des modes actifs Raman et d’étudier leur évolution en fonction du rayon ionique de la terre rare mise en jeu dans l’orthochromite. Cette étude a permis d’une part d’orienter les monocristaux, d’identifier et attribuer dix nouveaux modes actifs Raman pour chacune des compositions étudiées, et d’autre part de mettre en évidence pour la première fois, un comportement de type « mode mixing », pour certains modes basses fréquences. L’étude Raman en fonction de la température a eu pour objectif d’étudier l’évolution des phonons en fonction de la température, en vue de comprendre leurs comportements avant, pendant et après les transitions multiferroïques. Elle a ainsi permis de mettre en évidence des changements importants au voisinage de la température de Néel, et de montrer que plusieurs interactions interviennent dans la phase antiferromagnétique ; à savoir, le couplage spin-phonon, la magnétostriction et d’autres interactions, qui apparaissent à des températures proches des températures d’apparition de la ferroélectricité reportées dans la littérature sur les orthochromites de terre rare

Crystal growth and polarized Raman studies of rare earth carthochromites RGO3 (R = rare earth)

Les multiferroïques sont entre autres des matériaux possédant à la fois un ordre magnétique et un ordre ferroélectrique, le plus souvent couplés entre eux (couplage magnétoélectrique). Ce caractère multifonctionnel scientifiquement et technologiquement prometteur, rend ces matériaux plus attrayants, d’autant plus que l'aimantation peut être contrôlée par l'application de champ électrique, ou que la polarisation électrique peut être contrôlée par un champ magnétique. D’un point de vue technologique, ces matériaux ouvrent la voie à des applications dans les domaines de l’électronique de spins, des capteurs magnétoélectriques, des mémoires de stockage, … D’un point de vue scientifique, ce sont les questions fondamentales relative à la compréhension des mécanismes gouvernant la présence de l'ordre ferroélectrique dans un matériau magnétique, qui expliquent leur attractivité.Multiferroics are materials exhibiting in the same phase, at least two ferroics orders such as magnetism and ferroelectricity, which is furthermore extended when these orders are coupled (magnetoelectric coupling). This multifunctionality is scientifically and technologically promising, and makes multiferroics more attractive, especially since the magnetization can be controlled by the application of an electric field, or the polarization can be controlled by a magnetic field. From a technological point of view, these materials open pathways for many applications in spintronics, magnetoelectric sensors, data storage memories, ... From a scientific point of view, their attractiveness is explained by the fact that many fundamental questions related to the mechanisms of the occurrence of ferroelectricity in a magnetic material, are still unanswered

Raman study of high temperature insulator-insulator transition in Ba 2 Co 9 O 14

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Polarized Raman scattering on single crystals of rare earth orthochromite RCrO 3 (R = La, Pr, Nd, and Sm)

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