Fundação de Apoio a Pesquisa e à Inovação Tecnológica do Estado de Sergipe - FAPITEC/SE / In this work, we studied the h-RMnO3 (R = Er, Tm, Yb, Lu, In and Sc) manganites which are materials with important multiferroic properties. The classical atomistic simulation was used in order to obtain a set of interatomic potentials that describe the structural properties of manganite family in ferroelectric phase (FE). The structural properties such as the lattice parameters, the unit cell volume and the interatomic distances were investigated and compared with results of the literature. The influence of chemical pressure on the structural properties of these compounds was analyzed. It was observed that the lattice parameters (a and c) and the volume of the unit cell increase as the ionic radius of the R3+ ion increases. All h-RMnO3 manganites were studied under hydrostatic pressure up to 40 GPa. It was observed that the lattice parameters (a and c) and the unit cell volume decrease with an increase in the hydrostatic pressure. The paraelectric phase (PE) was studied using the interatomic potential developed in the ferroelectric phase. Thus, the structural properties in this phase were obtained and compared with the literature. Effects of doping of trivalent ions on the h-LuMnO3 manganite were studied in three crystallographic sites (Mn, Lu1 and Lu2). Solution energy was calculated for all dopants (Al, Cr, Ga, Fe, Sc, Yb, Er, Y, Ho, Gd, Eu, Sm, Nd e La) and the results showed that the Mn site has the lowest solution energy, therefore, the Mn site is energetically more favorable. The metals (Al, Cr, Ga, Fe) dopants proved to be more favorable to incorporate at the Mn site than rare earths ones (Sc, Yb, Er, Y, Ho, Gd, Eu, Sm, Nd and La), but at the Lu site the rare earths are energetically more favorable to incorporate. The calculated interatomic distances at the Mn site decreases when doping with metal (Al, Cr, Ga and Fe). However, these distances increase when doping is done with rare earth (Sc, Yb, Er, Y, Ho, Gd, Eu, Sm, Nd and La). In addition, important ferroelectric distortion properties were evaluated due the change in the tilting angle of the MnO5 bipyramid. The tilting angle increases in the pure system if the doping is done with metals (Al, Cr, Ga, Fe) for all sites. On the other hand, the tilting angle decreases with rare earth ions incorporation at the Mn and Lu1 sites and increases in the rare earths doping at the Lu2 site. / Estuda-se neste trabalho as manganitas h-RMnO3 (R = Er, Tm, Yb, Lu, In e Sc), que são materiais que apresentam importantes propriedades multiferroicas. A simulação atomística clássica foi usada com o objetivo de obter um conjunto de potenciais interatômicos que descrevam as propriedades estruturais da família de manganitas na fase ferroelétrica (FE). As propriedades estruturais como os parâmetros de rede, o volume da célula unitária e as distâncias interatômicas foram investigadas e comparadas com a literatura. Em vista disso, a influência da pressão química nessas propriedades estruturais foi analisada. Observou-se que os parâmetros de rede (a e c) e o volume da célula unitária aumentam à medida que o raio iônico do íon R3+ aumenta. Todas as manganitas h-RMnO3 foram submetidas a uma pressão hidrostática de até 40 GPa. Verificou-se que houve uma redução nos parâmetros de rede (a e c) e no volume da célula unitária à medida que a pressão hidrostática aumenta. A fase paraelétrica (PE) foi estudada utilizando os potenciais interatômicos desenvolvidos na fase ferroelétrica. Com isso, as propriedades estruturais nessa fase foram obtidas e comparadas com a literatura. O efeito da dopagem com íons trivalentes foi estudado em três sítios cristalográficos (Mn, Lu1 e Lu2) da manganitas h-LuMnO3. A energia de solução foi calculada para todos os dopantes (Al, Cr, Ga, Fe, Sc, Yb, Er, Y, Ho, Gd, Eu, Sm, Nd e La) e os resultados mostraram que o sítio do Mn possui a menor energia de solução, portanto, esse é o sítio energeticamente mais favorável. Diante disso, os metais (Al, Cr, Ga, Fe) se mostraram energeticamente mais favoráveis que os terras raras (Sc, Yb, Er, Y, Ho, Gd, Eu, Sm, Nd e La) no sítio do Mn, porém nos sítios do Lu1 e Lu2 os terras raras são mais favoráveis de serem incorporados. As distâncias interatômicas calculadas no sítio do Mn diminuem após a dopagem com os metais (Al, Cr, Ga e Fe), enquanto que essas distâncias aumentam quando a dopagem é realizada com os terras raras (Sc, Yb, Er, Y, Ho, Gd, Eu, Sm, Nd e La). Além disso, os efeito da dopagem na distorção ferroelétrica foram avaliadas com a mudança no ângulo de tilting da bipirâmide MnO5. Um aumento do ângulo de tilting em relação ao sistema puro é obtido quando a dopagem é realizada com metais (Al, Cr, Ga, Fe) para todos os sítios estudados. Por outro lado, o ângulo de tilting decresce quando ocorre a incorporação de íons terras raras nos sítios do Mn e Lu1, mas aumenta quando a dopagem dos terras raras é realizada no sítio do Lu2. / São Cristóvão, SE

Ce manuscrit présente une étude des composés multiferroïques RMnO$_3$ hexagonaux (R=Ho, Y, Yb, In, Sc). L'accent est mis sur les corrélations spin/spin statiques et dynamiques et sur le couplage entre degrés de liberté de spin et de réseau. Cette étude s'appuie sur de nombreux résultats de diffusion de neutrons aussi bien sur poudres que sur monocristaux. La diffraction permet de déterminer précisément les positions atomiques et la structure magnétique. Nous avons pu développer un modèle rendant compte de la très grande variété de comportements observés dans ces systèmes en nous basant sur la frustration des interactions d'échange interplans. La frustration des interactions magnétiques n'est pas simplement due au réseau triangulaire de Mn mais aussi aux interactions entre Mn de plans adjacents. Cette frustration est directement controlée par la position du Mn par rapport à une valeur seuil $x=1/3$ dans la maille élémentaire. Les mesures de diffusion inélastiques ont permis de valider ce modèle en vérifiant certaines prédictions à partir de mesures de dispersion d'onde de spins et d'un calcul numérique solide (signe de la constante d'échange interplan, transitions de réorientation). Elles ont également confirmé le rôle primordial des interactions RMn sur la dynamique de spin des Mn. Enfin des mesures complexes de diffusion inélastique de neutrons polarisés ont mis en évidence une hybridation entre excitations de réseau et de spin. Un modèle basé sur l'interaction de Dzyaloshiinski-Moriya est proposé pour rendre compte des observations expérimentales. Ce mode hybride est a rapprocher de l'électromagnon observé dans de nombreux systèmes, et semble être une composante inhérente à l'existence de la multiferroïcité.

Les manganites de terres rares hexagonaux RMnO3 sont multiferroïques à basse température : ils sont simultanément ferroélectriques (TC ~ 900 K) et antiferromagnétiques (TN ~ 80 K) sous forme massive. Nous avons élaboré par MOCVD des hétérostructures RMnO3 et (RMnO3/R'MnO3)n, avec R = Y, Ho, Er, Dy et Tb, sur des substrats de ZrO2(Y2O3) (111) et Pt (111)/Si. L'axe c est perpendiculaire au substrat dans tous les cas. Les effets de l'épaisseur et de la composition des films sur leur structure ont été étudiés. La diffraction neutronique a mis en évidence une transition antiferromagnétique dans les films, dont la température TN diminue avec l'épaisseur. La taille des domaines magnétiques est de l'ordre de 20 à 50 nm. Des mesures optiques par génération de second harmonique ont montré que les films sont ferroélectriques à la température ambiante. Un effet magnétocapacitif géant, d'origine extrinsèque, a été observé sur une multicouche (YMnO3/HoMnO3)15.