Projet ANR-07-BLAN-0254 – MagdO : Magnétisme induit par des impuretés non magnétiques (Magnétisme d0)
Programme : Blanc (BLANC) 2007
Année de financement : 2007
Coordinateur du projet : CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE RHONE-ALPES SECTEUR ALPES (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE RHONE-ALPES SECTEUR ALPES)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique; Centre national de la recherche scientifique; Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives; École nationale supérieure d'ingénieurs de Caen
Montant : 280000.0 euros
Date de début : 2007
Durée : 36 mois
Résumé : Un défi à la communauté scientifique a récemment été lancé avec l'apparition de matériaux magnétiques d'un nouveau genre. Ce ferromagnétisme intrinsèque ou « d0 » diffère du ferromagnétisme « usuel» des systèmes contenant des ions magnétiques. Bien qu'ils ne comportent aucun ion magnétique, ces matériaux présenteraient une phase ferromagnétique au delà de la température ambiante. Celle-ci serait induite de façon dynamique et résulterait de la compétition entre corrélation électronique et désordre. L'intérêt fondamental et technologique suscité par ces matériaux, explique l'essor d'études principalement expérimentales menées dans différents laboratoires de renom. D'un point de vue technologique, ces nouveaux matériaux, pourraient avoir, à l'instar des DMS (semi-conducteurs magnétiques dilués), un fort potentiel dans le domaine de l'électronique de spin. Cependant, les nombreuses publications donnent lieu à des controverses nourries en raison notamment de la difficulté pour reproduire certaines expériences dans des conditions a priori similaires ou encore pour interpréter certains résultats contradictoires. Il est donc urgent de participer activement à un travail visant à comprendre la nature de ce nouveau phénomène et ainsi, favoriser une intégration technologique de ces nouveaux matériaux que sont les « d0 ». Le projet que nous proposons a pour ambition de mettre en place une étroite collaboration entre expérimentateurs et théoriciens afin de se positionner dans le cadre de ce challenge scientifique. L'une des idées maîtresses réside dans une procédure originale visant à synthétiser ces nouveaux matériaux à base d'oxyde. Les cations seront substitués par certains ions non magnétiques qui auront été préalablement sélectionnés. En effet, le choix des éléments de substitution se fera de manière méthodique dans la mesure où la présélection des compositions sera étroitement guidée par les prédictions de calculs théoriques ciblés. Cette particularité essentielle de notre travail devrait nous permettre de nous hisser parmi les équipes dominantes dans le contexte international. Parmi les matériaux que l'on envisage d'étudier on peut citer TiO2, HfO2, ZrO2 et ZnO. Les cations de substitution seront choisis de manière judicieuse parmi les éléments des colonnes 1A, 2A et 3A du tableau périodique. On étudiera ainsi indépendamment les effets de la position de la bande d'impureté et ceux liés à la variation de la densité de porteurs de charge. L'étude du cas ZnO dopé par des ions non magnétiques et par le Cobalt est également envisagé car il permettra de clarifier le rôle du cobalt dans le ferromagnétisme controversé de Zn1-xCoxO. Les objectifs de ce projet s'articulent autour de l'expertise reconnue des différents membres des équipes impliquées. Dans un premier temps, les couches minces, céramiques et monocristaux seront synthétisés puis caractérisés. Ceci permettra de déterminer la présence d'éventuels défauts supplémentaires (interstitiels, lacunes,..). L'utilisation de différents types de magnétomètres pour l'étude expérimentale des propriétés magnétiques des échantillons (température de Curie, aimantation, nature des porteurs magnétiques, inhomogénéités...) permettra de déterminer ceux qui sont ferromagnétiques. Les techniques par diffusion de neutron, en particulier sur les monocristaux, permettront d'accéder aux excitations magnétiques et ainsi directement aux couplages. Des mesures de transport (résistivité, effet Hall, magnétorésistance, ...) sont également prévues sur une large gamme de température et de compositions. D'un point de vue théorique, nous utiliserons des approches combinant à la fois des méthodes numériques et analytiques. La technique combinant calculs ab-initio et approches de type modèle nous permettra d'étudier en détails les propriétés de transport et magnétiques. En particulier, l'étude du magnétisme (température de Curie, profil des aimantations, excitations magnétiques) se fera dans le cadre d'une théori...