Interactions magnéto-élastiques et piezomagnétisme dans le dioxyde d’uraniumAndres SaulCINaM (CNRS & Aix-Marseille Université)

Résumé: Les possibles interactions entre les degrés de liberté magnétiques (orientations de moments magnétiques localisés sur les atomes) et structuraux dans un matériau antiferromagnétique peuvent donner lieu à des propriétés physiques très intéressantes : la magnétostriction que consiste dans la déformation macroscopique d’un matériau par l’action d’un champ magnétique extérieur ou le piezomagnétisme que manifeste l’apparition d’une aimantation lors de l’application d’une contrainte appliquée. L’existence ou non d’une dépendance linéaire entre les causes (champ magnétique ou contrainte appliqués) et les effets (déformation ou aimantation) dépend des propriétés de symétrie du matériau étudié. Ces propriétés de symétrie permettent de comprendre les études expérimentales récentes de magnétostriction versus température dans de monocristaux d’UO2 qui montrent l'apparition aupte d'un terme linéaire lorsqu’un ordre antiferromagnétique non colinéaire est établi en dessous de TN = 30.5 K. Les expériences montrent aussi que, lors du renversement du champ magnétique, le terme linéaire change de signe.

Nous expliquons les résultats expérimentaux à l'aide d'un modèle microscopique simple qui comprend un terme d'anisotropie magnétique, une interaction de type Heisenberg, une interaction Zeeman avec le champ magnétique, une contribution élastique et un couplage magnéto-élastique entre la déformation macroscopique et le champ magnétique appliqué. Le modèle reproduit avec succès les observations expérimentales et permet de comprendre le lien entre les domaines magnétiques connectés par la symétrie d'inversion temporelle et le signe du terme linéaire. Les résultats du modèle sont en très bon accord quantitatif avec les mesures expérimentales.

« Piezomagnetism and magnetoelastic memory in uranium dioxide »; M. Jaime, A. Saul, M. Salamon, V.S. Zapf, N. Harrison, T. Durakiewicz, J.C. Lashley, D.A. Andersson, C.R. Stanek, J.L. Smith, and K. Gofryk.; Nature Communications 8, Article Number 99 (2017).

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Cette conférence est présentée par le RQMP Versant Nord du Département de physique de l'Université de Montréal et de Génie physique de la Polytechnique.