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Metal acetylacetonates of the general formula [M(acac)3] (MIII=Cr, Mn, Fe, Co) are among the best investigated coordination compounds. Many of these first-row transition metal complexes are known to have unique electronic properties. Independently, photophysical research with different β-diketonate ligands pointed towards the possibility of a special effect of the 2,4,6-trimethylphenyl substituted acetylacetonate (mesacac) on the electron distribution between ligand and metal (MLCT). We therefore synthesized and fully characterized the previously unknown octahedral title complex. Its solid-state structure shows a Jahn-Teller elongation with two Mn−O bonds of 2.12/2.15 Å and four Mn−O bonds of 1.93 Å. Thermogravimetric data show a thermal stability up to 270 °C. High-resolution mass spectroscopy helped to identify the decomposition pathways. The electronic state and spin configuration of manganese were characterized with a focus on its magnetic properties by measurement of the magnetic susceptibility and triple-zeta density functional theory (DFT) calculations. The high-spin state of manganese was confirmed by the determination of an effective magnetic moment of 4.85 μB for the manganese center.

Low-temperature magnetic force microscopy was used to study the phase diagram of a La1/3Pr1/3Ca1/3MnO3 thin film grown on a (110) NdGaO3 (NGO) substrate by pulsed laser deposition. Traditionally, one can observe the phase change at the nanoscale level as the sample is cooled from room temperature through the transition temperature to liquid nitrogen temperatures, but in this case a fixed voltage ranging from 0 V to 31 V was applied before each cooling cycle. From in and ex situ transport measurements, it is observed that the temperature of the peak of the transition increases with applied field; however, the MFM images show that the magnetic transition begins at a lower temperature with the same increase in field. Thus, this dissertation shows that a new voltage control exists for the phase transition in certain manganites. / text

Ce travail est une contribution à l'étude des excitations de basse énergie des manganites Pr(1-x)Ca(x)MnO(3) (0 ≤ x ≤ 1) par la mesure de la réflectivité entre 0.01 et 2.2 eV en fonction de la température de 4 à 300 K. Les propriétés de ces systèmes d'électrons fortement corrélés sont gouvernées par des interactions en compétition qui induisent un diagramme de phase riche et complexe.<br />Nous interprétons quantitativement la forme et l'évolution des spectres de conductivité optique tirés de la réflectivité, en fonction de (x,T) en utilisant un modèle minimal constitué de deux excitations polaroniques et interbandes dues à l'effet Jahn - Teller. Dans les phases FI et AFI-A, nous relions l'évolution en température du poids spectral de l'excitation JT à l'aimantation par un modèle de double échange. Dans les composés à ordre de charge, nous observons dessous de TCO une augmentation des énergies des transitions optiques que nous attribuons à un renforcement progressif du couplage électron – phonon.

Ce rapport d'habilitation présente une synthèse des activités de recherche que j'ai menées ces huit dernières années. J'ai distingué d'une part les recherches concernant la spectroscopie rovibrationnelle dans un état électronique singulet (Partie III) et d'autre part celles concernant la spectroscopie rovibronique dans un état électronique dégénéré (Partie IV).

Du point de vue théorique, un formalisme tensoriel adapté à l'étude des molécules ou ions octaédriques possédant un moment angulaire demi-entier a été développé pour la première fois. Nous avons utilisé ici la méthode des représentations projectives, plus cohérente que celle des groupes doubles. Un jeu complet de coefficients et de formules de couplage, ainsi que les programmes de calcul correspondants ont été mis au point. Ceci a tout d'abord permis l'écriture d'un modèle simple décrivant la structure électronique des hexafluorures colorés. Ensuite, un certain nombre d'applications de ce formalisme à l'étude des couplages rovibroniques pour les molécules de type XY6 dans un état électronique quatre fois dégénéré ont été examinées, en particulier concernant les opérateurs associés à l'effet Jahn-Teller dynamique. Du point de vue expérimental, nous nous sommes intéressés à IrF6, dont nous avons pu maîtriser les processus de synthèse, de purification et de conservation. Une première étude à basse résolution (absorption et diffusion Raman spontanée) a été réalisée sur cette molécule. Nous avons ensuite mis en place deux dispositifs spectroscopiques à haute résolution dans le visible (absorption saturée - testée sur une cuve à iode - et simple absorption avec multiples passages). Ceux-ci utilisent notamment un laser à colorant. Ils doivent maintenant permettre la spectroscopie de la bande visible de IrF6, afin d'en résoudre pour la première fois la structure fine rotationnelle.

This dissertation reports on the synthesis, structural and thermal characterization and electrical and thermal transport properties of a variety of strongly correlated spinels. General structure property relationships for electrical and thermal transport are discussed. However, the relationship between thermopower and features of the crystal structure such as spin, crystal field, anti-site disorder, and structural distortions are explored in depth. The experimental findings are reported in the context of improving existing oxide thermoelectric materials, screening for new materials or using thermopower as a unique characterization tool to determine the cation distribution in spinels. The need for improved n-type oxide thermoelectric materials has led researchers to consider mixed valence \((+3/+4)\) manganese oxides. Contrary to previous findings we report herein that the \(LiMn_2O_4\) compound reaches the relatively large n-type thermopower of \(-73 \mu V/K\) which is three times larger than the value observed in other manganese oxides, \(-25 \mu V/K\). The cause of this increase in thermopower is shown to be the absence of a Jahn-Teller distortion on the \(Mn^{3+}\) ions in \(LiMn_2O_4\). By avoiding this structural distortion the orbital degeneracy is doubled and the Koshibae et al.’s modified Heikes formula predicts a thermopower of \(-79 \mu V/K\) in good agreement with the experiment. Altering the \(Mn^{3+/4+}\) ratio via aliovalent doping did not affect the thermopower and is a second evidence of universal charge transport first reported by Kobayashi et al. The role of anti-site disorder was further examined in \(Fe_xMn_{1-x}NiCrO_4\) x=0, ½, ¾, 1 spinels but the effect on thermopower was inconclusive due to the presence of impurity phases. Next, the thermopower as a function of temperature in \(Co_3O_4\) was investigated as a means whereby the Wu and Mason’s 30 year old model for using thermopower to calculate cation distribution in spinels could be revisited. We report evidence that Wu and Mason’s original model using the standard Heikes formula and considering octahedral sites alone leads to a stoichiometrically inconsistent result at high temperatures. Alternate models are evaluated considering Koshibae et al.’s modified Heikes formula and accounting for tetrahedral site contributions. Furthermore, the effect of a possible spin state transition is considered. / Engineering and Applied Sciences

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Ca2RuO4 is a structurally-driven Mott insulator with a metal-insulator (MI) transition at TMI = 357K, followed by a well-separated antiferromagnetic order at TN = 110 K. Slightly substituting Ru with a 3d transition metal ion M effectively shifts TMI and induces exotic magnetic behavior below TN. Moreover, M doping for Ru produces negative thermal expansion in Ca2Ru1-xMxO4 (M = Cr, Mn, Fe or Cu); the lattice volume expands on cooling with a total volume expansion ratio reaching as high as 1%. The onset of the negative thermal expansion closely tracks TMI and TN, sharply contrasting classic negative thermal expansion that shows no relevance to electronic properties. In addition, the observed negative thermal expansion occurs near room temperature and extends over a wide temperature interval. These findings underscores new physics driven by a complex interplay between orbital, spin and lattice degrees of freedom. These materials constitute a new class of Negative Thermal Expansion (NTE) materials with novel electronic and magnetic functions.

Cette thèse est consacrée à l'étude des interactions rovibroniques au sein de complexes octaédriques pour lesquels l'approximation de Born-Oppenheimer n'est plus valide. Pour la première fois, un modèle rovibronique tensoriel effectif complet a été développé à partir des travaux portant sur les toupies sphériques dans un état électronique non dégénéré. Ce modèle inclut le cas de systèmes moléculaires possédant un nombre pair ou impair d'électrons et sa validité a pu être testée sur deux molécules, toutes deux octaédriques : V(CO)6 et ReF6. Pour ces deux systèmes, nous avons alors considéré quatre sous-niveaux vibroniques en interaction. Dans les deux cas, la comparaison entre les profils simulés et observés à basse résolution est satisfaisante. En parallèle, nous avons mis en place, par une approche de type algébrique, un modèle permettant le traitement d'un état électronique doublet, triplet ou quadruplet. L'effet Jahn-Teller a pu alors être rééxaminé au moyen de ce type d'approche.