Aspects spécifiques de la résonance magnétique des noyaux quadrupolaires : application à l'étude des électrolytes solides de type Nasicon
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
The thesis is devoted to capabilities of the Nuclear Magnetic Resonance to study the NASICON super ionic conductors. Two materials, in which the mobile ions are Li+, have been experimentally studied. We show that below 560 K the local dynamical behavior of the Li+ ion can be well described using a jump model in the rhombohedral elementary-cell. Above 560 K a transition, which only affects the alkaline sub lattice, leads to a super ionic conductivity regime. We have proposed theoretical methods to analyze the difficult problem of magnetic resonance of quadrupolar nuclei (spins with I greater than 1/2). The density matrix, for a 3/2 spin which experiences a strong radio frequency field and a quadrupolar static interaction, has been calculated analytically. The fictitious spin 1/2 operator formalism is used to describe the nuclear spin relaxation of spins I greater than 1/2 in solids for single or mixed relaxation processes. This permits to describe the time evolution of the nuclear magnetization with a macroscopic kinetic equation extremely convenient for analyzing nuclear magnetic resonance data. Applications to the spin-spin and spin-lattice relaxations are given for quadrupolar (I=3/2) and/or di polar fluctuations for like and unlike spins. For all these cases we take into account the possible residual quadrupolar static interaction.
Abstract FR:
Cette thèse est consacrée à l'utilisation des techniques de la Résonance Magnétique Nucléaire pour l'étude des solides superconducteurs ioniques de type Nasicon. Deux matériaux, dont l'ion mobile est Li+, ont été étudiés expérimentalement. Nous montrons que la dynamique locale de l'ion Li+ peut être décrite en termes de sauts dans la maille élémentaire rhomboédrique dans un régime basse température (inférieur à 560 K). Une transition qui n'affecte que le sous-réseau alcalin, mène à un régime de superconductivité ionique au-dessus de 560 K. Nous avons de plus développé des méthodes théoriques d'analyse de la Résonance Magnétique Nucléaire des noyaux quadrupolaires (spin supérieur à 1/2). L'évolution de la matrice densité, pour un spin 3/2 subissant une interaction quadrupolaire et soumis à un champ radiofréquence, a été calculée de façon analytique. Le formalisme des spins fictifs 1/2 a été utilisé pour décrire la relaxation nucléaire de spins supérieurs à 1/2 dans les solides pour des processus de relaxation simple ou multiple. Ceci permet de décrire l'évolution temporelle de l'aimantation nucléaire à l'aide d'une équation cinétique macroscopique extrêmement bien adaptée à l'analyse des données expérimentales. Nous avons appliqué cette approche à l'étude de la relaxation spin-spin et spin-réseau dans le cas de fluctuation quadrupolaire, dipolaire entre spins identiques ou différents et ceci en prenant en compte des interactions statiques quadrupolaires résiduelles souvent rencontrées dans les solides.