Dans ce mémoire, il sera question des propriétés de deux composés appartenant à la famille
avec la composition AkLn2O4 (où Ak sont des métaux alcalino-terreux et Ln des lanthanides).
Certains membres de cette famille ont démontré des comportements associés à une
chaîne monodimensionnelle zigzag incluant des interactions au deuxième plus proche voisin
(ANNNI, acronyme de l’anglais anisotropic next-nearest neighbours Ising model). En particulier,
une étude de diffusion neutronique en champ sur le SrHo2O4 a montré des plateaux
dans l’intensité du pic (200). Si on identifie l’intensité avec l’aimantation au carré, ceci indiquerait
la présence d’un plateau dans l’aimantation et peut-être la présence d’une phase
magnétique. En conséquence, des mesures de chaleur spécifique et d’aimantation ont été
prises pour chercher cette transition de phase. Les mesures de chaleur spécifique et d’aimantation
en fonction du champ magnétique appliqué parallèle à l’axe b montrent qu’il y a des
phases induites en champ dans ce composé. En particulier, l’aimantation montre la formation
de plateaux suggérant une phase robuste à l’augmentation du champ magnétique pour un
intervalle de température de T = 0:6 K à 1.3 K. Les champs critiques déterminés à partir des
mesures de chaleur spécifique et d’aimantation sont comparés à l’aide d’un diagramme de
phase. Les champs critiques des données de diffraction de neutrons précédemment obtenus
par [1] sont aussi comparés. Cependant, ces résultats ne montrent pas encore avec certitude
où se trouvent les limites de phase.
Comme l’état fondamental magnétique dépend du niveau du champ cristallin électrique
(CEF, acronyme de l’anglais crystalline electric field), changer l’ion Sr2+ pour un plus grand
ion Ba2+ va changer la structure cristalline et donc le CEF. De plus, le moment magnétique
J du Ce3+ est 5=2 qui est plus petit que celui du Ho3+ (J = 8) ou du Dy3+ (J = 15=2),
deux ions qui ont beaucoup été étudiés dans les composés SrLn2O4 et BaLn2O4. Un moment
magnétique plus petit devrait rendre le système plus quantique et ainsi obtenir une chaîne de
iii
spin quantique. Nous avons donc essayé de synthétiser le BaCe2O4 et d’étudier ses propriétés.
L’étude de chaleur spécifique et de l’entropie à champ nul de l’aimant frustré BaCe2O4 est
présentée. Ces mesures ont été faites sur des monocristaux synthétisés par la méthode de flux
métallique. Les résultats de la chaleur spécifique ont démontré une transition de phase à un
ordre magnétique à longue portée à la température de T = 0:43 K. L’entropie magnétique
a été calculée à partir des résultats de la chaleur spécifique dans l’intervalle de température
T = 0 K à 5 K. L’entropie magnétique dans cet intervalle de température a été trouvée à être
en dessous de celle correspondant à l’état doublet des champs cristallins. Les résultats de la
chaleur spécifique et de l’entropie indiquent la présence de frustration géométrique dans le
composé BaCe2O4. / The focus of this master’s thesis is on the properties of two members of the family with the
general composition AkLn2O4 (where Ak are alkaline earth metals and Ln are lanthanides).
Some members of this family showed behaviours associated with a one-dimensional zigzag
chain with next-nearest neighbors interactions (ANNNI model). In particular, an in-field
neutron diffraction study of SrHo2O4 showed plateaus in the intensity of the peak (200). If
we identify the intensity as the square of the magnetization, this would indicate the presence
of a plateau in the magnetization and perhaps the presence of a magnetic phase which was
not previously observed. Thus, specific heat and magnetization measurements were carried
out to search for this phase transition. Measurements of the field dependent specific heat
and magnetization with a field applied parallel to the b-axis showed the presence of field
induced phase transitions in this compound. In particular, the magnetization shows the
formation of plateaus suggesting a phase robust to the increase of the magnetic field for the
temperature interval T = 0:6 K to 1.3 K. The critical fields determined from the specific
heat and magnetization are compared using a phase diagram. The critical fields from neutron
diffraction previously obtained by [1] are also compared. However, the results do not yet show
clearly where the phase boundaries are.
Since the magnetic ground state depends on the crystalline electric field (CEF), changing
the Sr2+ ion for the bigger Ba2+ ion will change the crystal structure and thus the CEF
levels. Furthermore, the magnetic moment J of Ce3+ is 5=2 which is smaller then that
of Ho3+ (J = 8) or of Dy3+ (J = 15=2), two ions that have been extensively studied in
the SrLn2O4 and the BaLn2O4 series. A smaller magnetic moment should result in a more
quantum mechanical system and the hope is to obtain a quantum spin chain. We thus tried
to synthesize BaCe2O4 and study its properties. To this end, a study of the heat capacity and
entropy at zero field of the frustrated magnet BaCe2O4 will be presented. The measurements
v
were taken on single crystals grown from a metallic flux method. The results from the specific
heat show a phase transition to a long range magnetic order at a temperature of T = 0:43 K.
The magnetic entropy was calculated from the results of specific heat in the temperature
range from T = 0 K to 5 K. In this range of temperature, the magnetic entropy was found to
be below the value expected for a crystalline electric field doublet as the ground state. The
results from the specific heat and the entropy indicate the presence of geometrical frustration
in the compound BaCe2O4.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:umontreal.ca/oai:papyrus.bib.umontreal.ca:1866/23815 |
| Date | 08 1900 |
| Creators | Narayanen, Amanda |
| Contributors | Bianchi, Andréa |
| Source Sets | Université de Montréal |
| Language | fra |
| Detected Language | French |
| Type | Thèse ou mémoire / Thesis or Dissertation |
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