Spectroscopy and spin dynamics in frustrated systems : from pnictides to pyrochlores
Spectroscopie et dynamique de spin des systèmes frustrés : des pnictures aux pyrochlores
Résumé
Frustrated magnetism refers to a set of situations (and compounds) where magnetic interactions are not minimized simultaneously: the result is a degeneracy of the ground state, which can lead to exotic states of matter, such as quantum spin liquids. In this thesis, we used spectroscopic methods to study these properties, in particular polarized and unpolarized neutron scattering. Neutron scattering is a powerful probe for observing magnetic properties. Unlike X-rays, neutrons carry a spin 1/2, making them sensitive to magnetic interactions; it is therefore possible to probe magnetic structures and excitations specifically, notably via inelastic neutron scattering. In the first part of this thesis, we studied the iron-based superconducting compound BaFe₂Se₃ by means of inelastic neutron time-of-flight scattering, followed by Monte Carlo simulations coupled with spin-wave spectrum calculations. In the second part, we studied the liquid spin compound pyrochloreTb₂Ti₂O₇, using time-of-flight neutron inelastic scattering and polarized three-axis spectrometry, experiments that we sought to interpret using symmetry analyses and numerical RPA simulations.
Le magnétisme dit "frustré" regroupe un ensemble de situations (et de composés) où les interactions magnétiques ne sont pas toutes minimisées simultanément : il en résulte une dégénérescence de l'état fondamental, pouvant mener à des états exotiques de la matière, tels que les liquides de spin quantiques. Durant cette thèse, pour étudier ces propriétés, nous avons utilisé des méthodes de spectroscopie, notamment la diffusion des neutrons polarisés et non polarisés. La diffusion des neutrons est une sonde puissante pour observer les propriétés magnétiques. Contrairement aux rayons X, les neutrons sont porteurs d'un spin 1/2, ce qui les rend sensibles aux moments magnétiques; il est ainsi possible de sonder spécifiquement les structures et les excitations magnétiques, notamment via la diffusion inélastique des neutrons. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié le composé supraconducteur à base de fer BaFe₂Se₃ au moyen de la diffusion inélastique des neutrons en temps de vol, puis par simulations Monte Carlo couplées à des calculs du spectre des ondes de spin. Dans la seconde partie, nous avons étudié le composé liquide de spin pyrochlore Tb₂Ti₂O₇, à partir de la diffusion inélastique des neutrons, en temps de vol et sur spectromètre trois axes polarisés, expériences que nous avons cherché à interpréter à l'aide d'analyses de symétries et de simulations numériques RPA.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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