Couplage magnéto-électrique dynamique dans les multiferroiques par spectroscopie optique – DYMMOS

Le projet est centré autour d’une famille de composés dans lesquels les ordres ferroélectriques et magnétique coexistent. Ces composés, dits multiferroiques, sont l’objet d’un intense effort de recherche actuellement dans le monde entier car ils montrent des effets magneto-électriques exhaltés. Les multiferroiques ouvrent la possibilité de modifier la direction de la polarization électrique avec un champ magnétique et/ou de changer la direction de l’aimantation magnétique avec une tension appliquée. A cet égard les multiferroïques sont de sérieux candidats pour la manipulation des états de spin avec des champs électriques ainsi que la modification des propriétés diélectriques avec un champ magnétique. Ces possibilités ouvrent la voie à un large champ d’applications technologiques dans le domaine émergent de la spintronique en particulier. Un des objectifs du projet est de contrôler les ondes de spins (les magnons) afin de développer de nouvelles applications dans le domaine émergent de la spintronique : la magnonique. Nous explorerons les propriétés des oxydes multiferroïques par diffusion inélastique de la lumière (ou diffusion Raman). La spectroscopie Raman est capable de sonder à la fois les excitations vibrationnelles (phonons) et les excitations magnétiques (magnons). La sonde Raman est parfaitement adaptée à l’étude du lien entre les degrés de liberté magnétiques et ferroélectriques. Tandis que la plupart des études menées jusqu’à présent se sont concentrées sur les effets magnéto-électriques statiques, notre objectif est ici de sonder le couplage dynamique entre les degrés de liberté de spin et de réseau dans différentes classes de multiferroïques. Ce couplage demeure largement inexplorée même si de récents travaux ont montré qu’il peut exister dans les multiferroïques de nouveaux types de modes collectifs comme des ondes de spin polaires ou electromagnons. Ces excitations hybrides sont sans doute uniques aux matériaux possédant à la fois un ordre magnétique et un ordre ferroélectrique. Dans ce projet, la puissance de la sonde Raman à donner des informations sur les mécanismes microscopiques des effets magnéto-electriques sera exploitée en la combinant avec des paramètres externes comme les champs magnétique et électrique mais aussi la pression hydrostatique. Le but de ces paramètres externes est de modifier simultanément et/ou indépendamment, les ordres magnétiques et ferroélectriques afin d’en étudier l’impact sur les excitations de spin et de réseau. Les matériaux étudiés iront du composé multiferroïque à haute température BiFeO3 au multiferroïques basses températures comme comme TbMnO3, DyMn2O5 et DyFeMnO5. Leurs diagrammes de phase magnétique et ferroélectrique en fonction de la température, du champ magnétique et de la pression seront explorés. Le caractère potentiellement unificateur du concept d’électromagnon sera évalué à la lumière des théories récentes des effets magnéto-électriques dans les multiferroïques.