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Accueil du site > Thèmes de recherche > Diffusion des rayons X et des neutrons > Effet du champ magnétique sur la transition Jahn-Teller dans TbVO4

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Observation directe de l’effet du champs magnétique sur l’état Jahn-Teller dans TbVO4

Le vanadate de terbium TbVO4 constitue un exemple caractéristique de matériau présentant une transition Jahn-Teller (JT) coopérative induite par les interactions quadrupolaires entre moments magnétiques des électrons 4f du Tb [1]. A haute température, le TbVO4 cristallise dans une maille quadratique de groupe d’espace I41/amd. A TJT = 33 K, ce composé subit une distorsion spontanée le long de la direction [110] vers une symétrie orthorhombique de groupe d’espace Fddd. La distorsion est relativement large, atteignant = 2(ao-bo)/(ao+bo) = 2.1% à 22 K et s’accroissant encore à plus basse température.

Depuis plus d’une trentaine d’années, la transition Jahn-Teller est au centre de nombreux travaux tant théoriques qu’expérimentaux. Ce n’est cependant que récemment que l’effet d’un champ magnétique externe élevé a été étudié sur la transition Jahn-Teller du TbVO4 [2]. Ainsi, des calculs quantitatifs de champs moyens ont montré que la distorsion JT serait supprimée par l’application d’un champ magnétique supérieur à 29 T parallèle à l’axe c de l’échantillon.

Dans cette expérience, l’échantillon a été placé dans un environnement permettant à la fois l’application d’un champ magnétique élevé et la mesure de diffraction des rayons X [3]. L’échantillon résulte du broyage sous forme de poudre fine de cristaux de TbVO4, inclus dans un polymère (le polyvinylpyrolidone) pour éviter les mouvements des grains dus aux forces magnétiques et afin d’améliorer le contact thermique entre grains. Les données montrées sur les figures ci-dessous ont été enregistrées sur la ligne de lumière DUBBLE CRG (BM26B) en accumulant 45 impulsions de champ magnétique par diagramme de diffraction de poudre. Pour chaque impulsion de champ, un obturateur mécanique rapide a permis d’exposer le détecteur bidimensionnel (plaque image) aux rayons X pendant une fenêtre de temps de 4.9 ms centrée autour de la valeur maximum du champ.



En raison de la distorsion du réseau cristallin, la transition JT se manifeste par le dédoublement de certaines réflexions de Bragg. Dans la gamme d’énergie de photon utilisée, les paires de réflexions (311)/(131) et (202)/(022) sont sensibles à la distorsion JT (figures ci-dessus). Les diagrammes de poudre mesurés à différentes valeurs de champs (15 et 30 T) montrent une réduction du dédoublement de ces raies au dessous de la transition JT (figure ci-dessus, à gauche) et l’apparition d’un dédoublement au dessus de la transition (figure ci-dessus, à droite), fournissant ainsi une preuve directe des modifications induites par le champ magnétique sur la transition JT de TbVO4. Bien que les dédoublements observés soient en accord avec les prédictions théoriques, le degré de dédoublement est moins important que prévu. Plusieurs modèles théoriques ont été proposés pour expliquer cette différence quantitative [4], l’une étant notamment un échauffement de l’échantillon par effet magnétocalorique.


Références

[1] G. A. Gehring and K. A. Gehring, Rep. Prog. Phys. 38, 1 (1975).

[2] A. A. Demidov and N. P. Kolmakova, Physica B 363, 245 (2005).

[3] P. Frings, J. Vanacken, C. Detlefs, F. Duc, J. E. Lorenzo, M. Nardone, J. Billette, A. Zitouni, W. Bras and G. L. J. A. Rikken, Rev. Sci. Instrum. 77, 063903 (2006).

[4] C. Detlefs, F. Duc, Z. A. Kazeĭ, J. Vanacken, P. Frings, W. Bras, J. E. Lorenzo, P. C. Canfield and G. L. J. A. Rikken, Phys. Rev. Lett. 100, 056405 (2008).


Membres du laboratoire impliqués dans cette activité

J. Billette, F. Duc, P. Frings, M. Nardone, G.L.J.A. Rikken, A. Zitouni


Anciens membres du laboratoire impliqués dans cette activité

K. Chesnel


Collaborations

C. Detlefs, T. Roth (ESRF, Grenoble)

J. Vanacken (INPAC, Louvain)

J.E. Lorenzo (Institut Néel, Grenoble)

W. Bras (DUBBLE CRG, ESRF)

Z.A. Kazei (Université de Moscou, Russie)

P.C. Canfield (Ames Laboratory, USA)