Dynamique lente des systèmes magnétiques désordonnés
Résumé
This PhD work presents an experimental study, using Squid magnetometry at low temperatures, of the slow out-of-equilibrium dynamics of several disordered and/or frustrated magnetic systems. In a first part, some spin glass systems are investigated as model disordered and frustrated magnetic systems for the study of aging phenomena. The focus is set on the rejuvenation and memory phenomena which appear in these systems when they are submitted to temperature variations during their isothermal aging. This original behavior of spin glasses, which contrasts with that of more conventional glassy materials (structural glasses, polymers,...) is studied in detail in several samples with various anisotropies. A reduction of the sensibility of aging to thermal variation is observed as the anisotropy is increased, which points out the relevance of this parameter to understand the out-of-equilibrium properties of these systems. The second part of this study is dedicated to aging in disordered ferromagnets. The observation of rejuvenation and memory effects in these systems is difficult to reconcile with the idea that aging can be a priori well described in terms of domain growth processes. An alternative interpretation in terms of hierarchical reconformation dynamics of domain walls pinned by the local disorder is proposed and accounts well for the experimental observations. Finally, in a last part, the slow out-of-equilibrium dynamics of geometrically frustrated antiferromagnets (Heisenberg spins on the kagome and pyrochlore lattices) is studied in order to investigate the respective roles of disorder and frustration in the out-of-equilibrium properties. Whereas isothermal aging in these systems can be well described by the same scaling laws as in spin glasses, a very weak sensibility of aging to thermal variations is observed in these non disordered systems.
Ce travail de thèse présente une étude expérimentale, par magnétométrie Squid à basses températures, des propriétés de dynamique lente hors équilibre de différents systèmes magnétiques désordonnés et/ou frustrés. Dans une première partie, des verres de spin sont étudiés en tant que systèmes magnétiques désordonnés et frustrés modèles pour l'étude du vieillissement. L'accent est mis sur les phénomènes de rajeunissement et de mémoire qui apparaissent dans ces systèmes, lorsqu'ils sont soumis à des variations de température pendant leur vieillissement. Ce comportement original des verres de spin, qui les distingue notamment des matériaux vitreux plus conventionnels (verres structuraux, polymères, ...) est étudié en détail dans des échantillons d'anisotropies différentes. Une diminution de la sensibilité du vieillissement aux variations de température est observée lorsque l'anisotropie augmente et met en relief l'importance de ce paramètre pour comprendre les propriétés hors équilibre de ces systèmes. La deuxième partie de ce travail est consacrée au vieillissement de ferromagnétiques désordonnés. L'observation d'effet de rajeunissement et de mémoire dans ces systèmes est difficile à concilier avec l'idée que leur vieillissement peut être a priori bien décrit en termes de croissance de domaines. Une interprétation alternative en termes de dynamique de reconformations hiérarchiques des parois de domaines piégées par le désordre local est proposée et permet d'expliquer les observations expérimentales. Enfin, dans une dernière partie, la dynamique lente hors équilibre de systèmes antiferromagnétiques géométriquement frustrés (spins d'Heisenberg sur des réseaux kagome et pyrochlore) est étudiée dans le but de tester les effets respectifs du désordre et de la frustration sur les propriétés hors équilibre. Si le vieillissement isotherme de ces systèmes peut être bien décrit par les mêmes lois d'échelle que celles utilisés dans les verres de spin, une très faible sensibilité du vieillissement aux variations de température est observée dans ces systèmes sans désordre.