Dynamical magnetoelectric coupling in multiferroic compounds: iron langasites and hexagonal manganites
Couplage magnéto-électrique dynamique dans les composés multiferroïques : langasites de fer et manganites hexagonaux
Résumé
This experimental thesis is motivated by the study of the dynamical properties of multiferroic compounds : the iron langasites Ba3NbFe3Si2O14 and Ba3TaFe3Si2O14 and the hexagonal manganite ErMnO3. These investigations were performed using two complementary experimental techniques : FIR and THz spectroscopy and neutron scattering (with polarized and unpolarized neutrons). In the iron langasites, magnetoelectric excitations were observed. These excitations have been interpreted as atomic rotation modes excited by the electric and magnetic components of the electromagnetic wave. On the other hand, weak modulations of the crystallographic and magnetic structure were also shown by observing experimental evidence inconsistent with the published structure. The magnetic order and crystallographic structure deduced from this study present a bunched modulation of the magnetic helix and the structural loss of the 3-fold axis. These modulations are compatible with the magnetoelectric excitations and the multiferroicity recently evidenced in these compounds. In parallel, the dynamical magnetoelectric properties of the hexagonal manganite ErMnO3 have been investigated. An electromagnon has been observed corresponding to a Mn magnon excited by the electric component of the electromagnetic wave. From comparison with the YMnO3 compound, this electromagnon was interpreted as a hybrid mode between an electrically active Er crystal field excitation and a Mn magnon.
Cette thèse expérimentale a pour motivation l’étude des propriétés dynamiques des composés multiferroïques : les langasites de fer Ba3NbFe3Si2O14 and Ba3TaFe3Si2O14 et le manganite hexagonal ErMnO3. Ces investigations ont été réalisées grâce à l’utilisation de deux techniques ex- périmentales complémentaires : les spectroscopies FIR et THz et la diffusion de neutrons (polarisés et non polarisés). Dans les langasites de fer, des excitations magnéto-électriques ont été observées. Celles-ci ont été interprétées comme des modes de rotations atomiques excités par la composante magnétique de l’onde électromagnétique. D’autre part, des modulations fines de la structure ont également été mises en évidence par l’observation de résultats incompatibles avec la structure publiée avant cette étude. Ces modulations correspondent à une hélice magnétique en accordéon et à une perte structurale de l’axe de rotation d’ordre 3. Celles-ci sont compatibles avec les excitations magnéto-électriques et la multiferroïcité récemment mise en évidence dans ces composés. En parallèle, les propriétés magnéto-électriques dynamiques du manganite hexagonal ErMnO3 ont été étudiées. Un électromagnon a été observé correspondant à un magnon du Mn excité par la composante électrique de l’onde électromagnétique. Par comparaison avec le composé YMnO3, cet électromagnon a été interprété comme résultant d’une hybridation entre une excitation de champ cristallin de l’Er active électriquement et un magnon standard du Mn.