thesis

Etude d'oxydes de fer à structures perovskite et delafossite

Defense date:

Jan. 1, 2011

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Institution:

Caen

Disciplines:

Materials chemistry

Authors:

Directors:

Abstract EN:

This thesis work is set in the dynamic context of research and study of multiferroic materials. It concerns the synthesis and the physicochemical characterization of iron-based oxides of two different families. BiFeO3 crystallizes in the perovskite structure and belongs to the type-I multiferroics, where ferroelectricity and magnetism have different origins. The substitution of bismuth by strontium Bi1-xSrxFeO3- induce a transition from R3c to Pm-3m at x=0. 20. Although the long range structure of Bi0. 764Sr0. 236FeO2. 94 is described in the space group Pm-3m, recurrent phenomena are observed at short range, coming from the ordering of oxygen vacancies or of Bi/Sr distribution, thus explaining the discrepancy of results in the literature devoted to this system. The delafossite system CuBO2 (B=Fe,Cr R-3m) is classified in the type-II multiferroics, where the polarization is induced by the magnetic structure of the compound. The substitution with rhodium CuFe1-xRhxO2 stabilizes a ferroelectric phase for a wide substitution range, 0. 02x0. 15, while vanadium in CuFe0. 5V0. 5O2 induces a spin-glass behaviour, which affects also the electrical properties. A parallel study in CuCr1-xMxO2 (M=Al,Ga,Rh,Sc) reveals differences in the observed properties ; although rhodium make the transition temperature decreases while keeping the initial physical properties, gallium induces a second magnetic transition. These substitutions, in both systems, modify drastically the properties, and contribute to the understanding of the observed phenomena.

Abstract FR:

Ce travail de thèse se situe dans un contexte dynamique de recherche et étude de matériaux multiferroïques. Il concerne la synthèse et la caractérisation physicochimique de composés oxydes à base de fer de deux familles différentes. BiFeO3 cristallise dans la structure perovskite et fait partie des multiferroïques de type I, où ferroélectricité et magnétisme ont des origines différentes. La substitution du bismuth par le strontium Bi1-xSrxFeO3- induit une transition de R3c à Pm-3m pour x=0. 20. Bien que la structure à longue distance de Bi0. 764Sr0. 236FeO2. 94 soit décrite dans le groupe d’espace Pm-3m, des phénomènes récurrents sont observés à courte distance, provenant de mise en ordre de lacunes d’oxygène ou dans la distribution Bi/Sr, expliquant ainsi la disparité des résultats dans la littérature dédiée à ce système. Le système delafossite CuBO2 (B=Fe,Cr R-3m) entre dans la catégorie des multiferroïques de type II, où la polarisation est induite par la structure magnétique du composé. La substitution par le rhodium CuFe1-xRhxO2 stabilise une phase ferroélectrique pour un domaine de substitution étendu, 0. 02x0. 15, alors que le vanadium dans CuFe0. 5V0. 5O2 induit un comportement magnétique type verre de spin, qui affecte également les propriétés électriques. Une étude parallèle dans CuCr1-xMxO2 (M=Al,Ga,Rh,Sc) révèle des différences dans les propriétés observées ; alors que le rhodium fait diminuer la température de transition tout en conservant les propriétés physiques initiales, le gallium induit une seconde transition magnétique. Ces substitutions, dans les deux systèmes, modifient drastiquement les propriétés, et contribuent à la compréhension des phénomènes observés. Ce travail de thèse se situe dans un contexte dynamique de recherche et étude de matériaux multiferroïques. Il concerne la synthèse et la caractérisation physicochimique de composés oxydes à base de fer de deux familles différentes. BiFeO3 cristallise dans la structure perovskite et fait partie des multiferroïques de type I, où ferroélectricité et magnétisme ont des origines différentes. La substitution du bismuth par le strontium Bi1-xSrxFeO3- induit une transition de R3c à Pm-3m pour x=0. 20. Bien que la structure à longue distance de Bi0. 764Sr0. 236FeO2. 94 soit décrite dans le groupe d’espace Pm-3m, des phénomènes récurrents sont observés à courte distance, provenant de mise en ordre de lacunes d’oxygène ou dans la distribution Bi/Sr, expliquant ainsi la disparité des résultats dans la littérature dédiée à ce système. Le système delafossite CuBO2 (B=Fe,Cr R-3m) entre dans la catégorie des multiferroïques de type II, où la polarisation est induite par la structure magnétique du composé. La substitution par le rhodium CuFe1-xRhxO2 stabilise une phase ferroélectrique pour un domaine de substitution étendu, 0. 02x0. 15, alors que le vanadium dans CuFe0. 5V0. 5O2 induit un comportement magnétique type verre de spin, qui affecte également les propriétés électriques. Une étude parallèle dans CuCr1-xMxO2 (M=Al,Ga,Rh,Sc) révèle des différences dans les propriétés observées ; alors que le rhodium fait diminuer la température de transition tout en conservant les propriétés physiques initiales, le gallium induit une seconde transition magnétique. Ces substitutions, dans les deux systèmes, modifient drastiquement les propriétés, et contribuent à la compréhension des phénomènes observés.