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Une approche optique de l’intrication entre le magnétisme et la ferroélectricité dans les multiferroïques

4/05/2012 Pauline Rovillain, School of Physics University of New South Wales, Sydney, Australia

Nous montrons ici une étude par spectroscopie Raman du couplage magnétoélectrique dans les deux familles de multiferroïques à travers BiFeO3 (type I) où les ordres magnétique et ferroélectrique coexistent et TbMnO3 (type II) où la ferroélectricité est induite par la structure de spin.
Dans BiFeO3, la coexistence et l’interaction des ordres offrent l’opportunité de contrôler les spins via un champ électrique. C’est ce que nous avons mis en œuvre dans BiFeO3 en développant un dispositif transistor pour l’application du champ électrique sur les monocristaux à température ambiante. Nous avons montré que la fréquence des ondes de spin peut être modifiée électriquement de 30% et contrôler via le cycle de polarisation P(E). Les calculs théoriques à l’appui de ce travail indiquent que cet effet provient du couplage magnétoélectrique linéaire. Ces résultats ont montré que les propriétés de BiFeO3 en font un matériau très prometteur pour la génération et le contrôle d’onde de spin dans les futurs dispositifs magnoniques.

Dans TbMnO3, la filiation des ordres donne naissance à des excitations hybrides : des électromagnons. Ce sont des excitations d’onde de spin (magnon) possédant un dipôle électrique (provenant du phonon polaire). Nous avons mis en évidence par diffusion Raman l’existence de cette onde de spin polaire. Nous avons montré la deshybridisation de ces excitations par l’application d’un champ magnétique de 8 Tesla. Ce champ magnétique appliqué selon un axe particulier du cristal permet de faire transiter TbMnO3 d’un état ferroélectrique à un état paraélectrique permettant ainsi de déshabiller l’électromagnon de son dipôle électrique. Ainsi, l’excitation hybride se comporte comme une excitation magnétique ordinaire. Nous dévoilons les composantes élémentaires à l’origine des électromagnons.