"A-site Manganites" pour mAgNetoelectrics et mulTiferroics de contitions extrêmeS – AMANTS

Synthèse haute pression : La nouvelle installation haute pression (presse de type Walker) a été installée (novembre 2020) et calibrée (2021) en collaboration avec des collègues de l'UMET (CNRS UMR 8207). Les capacités expérimentales de cette machine sont des températures jusqu'à 2500 C et des pressions jusqu'à 23 GPa. Le processus d'étalonnage a été un travail ardu, avec la nécessité de préparer la machine avec un composé qui présente une transition électrique à une pression connue. Nous avons utilisé Bi (transitions à 2,6, 2,8 et 7,7 GPa), ZnTe (9,6 et 12,1 GPa) pour la configuration 14/8 (capable d'atteindre 16 GPa). Pour la plus petite configuration 10/5 (capable d'atteindre 23 GPa), nous avons utilisé Bi, ZnS (15 GPa) et GaAs (18,5 GPa). Voir les figures ci-dessous également pour une comparaison avec d'autres courbes d'étalonnage de différents laboratoires.

Synthèse à l'état solide : De nombreux précurseurs sont prêts à continuer à utiliser le laboratoire à haute pression. Le long de la nouvelle série de manganites du site triple A, nous avons préparé Mn4-dMdX2O9 avec M = Fe, Co, Ni, d = 0, 1, 2, 3 et 4 et X = Nb et Ta. Nous avons également obtenu du temps de faisceau neutronique à l'ILL @ Grenoble. Nous poursuivons la caractérisation et l'analyse des résultats et ils seront probablement prêts pour une publication début 2022. Nous avons également préparé Mn11Ta4O21 et réanalysé en tant que pérovskite hexagonale manganite de site A, il montre deux transitions magnétiques et couplage magnétodiélectrique. Celui-ci a été publié en 2020.

Synthèse d'anions mixtes : La partie anions mixtes du projet a été momentanément interrompue. À l'heure actuelle, notre four à ammoniac n'est pas pleinement opérationnel. Il s'agit d'un problème plus administratif en termes de sécurité en raison du gaz ammoniac. Nous relançons une collaboration avec l'Universidad Complutense de Madrid (Espagne) afin d'obtenir les précurseurs nécessaires à cette partie du projet.

Caractérisation : Les caractérisations structurelles et des propriétés des matériaux obtenus ont été fructueuses. Nous avons résolu avec succès les structures cristallines de nouveaux composés (par exemple Mn3MnX2O9, X = Nb et Ta) par monocristal ou par diffraction synchrotron ou neutronique dans les installations internes de l'ALBA (Espagne) ou de l'ILL (France), respectivement.

Concernant la caractérisation des propriétés, nous avons mis en place les protocoles de mesures de couplage magnétodiélectrique entre le PPMS et notre sonde interne attachée au compteur LCR. Nous avons également réussi à assurer le financement d'une sonde ferroélectrique de Radiant, qui sera couplée à notre PPMS pour mesurer la polarisation vs les boucles de champ électrique entre 4-400 K et 0-7 T.

La presse de type Walker a déjà commencé à produire des résultats. Nous avons obtenu un nouveau polymorphe en ligne avec le projet AMANTS, à savoir Mn3MnX2O9 (X = Nb et Ta). Cette nouvelle famille de manganites à triple site A présente des propriétés magnétiques complexes et un couplage magnétodiélectrique. Deux publications ont été obtenues à partir de cet ensemble de matériaux.

Nous avons également obtenu du temps de faisceau neutronique à l'ILL @ Grenoble. Nous poursuivons la caractérisation et l'analyse des résultats et ils seront probablement prêts pour une publication début 2022.

Nous avons également préparé Mn11Ta4O21 et réanalysé en tant que pérovskite hexagonale de manganite de site A, il montre deux transitions magnétiques et un couplage magnétodiélectrique. Celui-ci a été publié en 2020.

Le projet AMANTS se concentre sur la famille de manganites à triple pérovskite nouvellement découverte Mn3MnX2O9 (X = Nb ou Ta) et sur les substituts Co, Fe et Ni pour étendre ce qui est chimiquement possible et trouver de nouveaux composés.

1. Á. M. Arévalo-López, E. Solana-Madruga, C. Aguilar-Maldonado, C. Ritter, O. Mentre and J. P. Attfield. Magnetic frustration in the high-pressure Mn2MnTeO6 (Mn3TeO6-II) double perovskite. Chem. Commun. 55 (2019) 14470
2. C. Aguilar-Maldonado, E. P. Arevalo-Lopez, C. Ritter, O. Mentre and Á. M. Arévalo-López. Magnetic Structures of Mn11Ta4O21 and Interpretation as an Hexagonal A-site Manganite. Inorg. Chem. 59 (2020) 13128
3. E. Solana-Madruga, C. Aguilar-Maldonado, C. Ritter, M. Huve, O. Mentre, J. P. Attfield and Á. M. Arévalo-López. Complex magnetism in Ni3TeO6-type Co3TeO6 and high-pressure polymorphs of Mn3-xCoxTeO6 solid solutions. Chem. Commun. 57 (2021) 2511
4. E. Solana-Madruga, C. Ritter, C. Aguilar-Maldonado, O. Mentre, J. P. Attfield and Á. M. Arévalo-López. Mn3MnNb2O9 high-pressure triple perovskite with 1:2 B-site order and modulated spins. Chem. Commun. 57 (2021) 8441
5. E. Solana-Madruga, C. Ritter, O. Mentre and Á. M. Arévalo-López. Spin structures and band gap reduction of high- pressure triple perovskite Mn3MnTa2O9. J. Mater. Chem C. 2021 Advance Article

La découverte de nouveaux matériaux dotés de propriétés fonctionnelles attrayantes, par ex. la supraconductivité, la magnétorésistance ou la multiferroicité sont difficiles et de telles propriétés sont souvent observées dans les oxydes complexes contenant des métaux de transition dans des états d'oxydation intermédiaires ou inhabituels qui doivent être stabilisés dans des conditions de synthèse particulières.
La synthèse à haute pression et à haute température (chimie «dure») est un outil puissant pour la stabilisation de matériaux avec des structures et propriétés uniques. Vous pouvez manipuler et ajuster ces structures, et donc leurs propriétés, en modifiant leurs réseaux d'anions par des réactions «douces». Par conséquent, la chimie des oxydes «dure-molle» est attrayante comme voie de synthèse pour les nouveaux matériaux fonctionnels. Ce projet s'appuiera sur les récentes découvertes concernant la mise en place de métaux de transition sur les sites A des oxydes du complexe A2BB'O6 à haute pression et sur l'utilisation d'une chimie «dure-molle» offrant de nouvelles possibilités de découverte de matériaux fonctionnels stimulants.Plus précisément, nous allons nous concentrer sur l’insertion de Mn2 + sur le site A. L'approche «dure-molle» aidera à ajuster la structure et les propriétés pour produire des oxydes fonctionnels dans des conditions ambiantes.