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Nature Physics

Spin fragmenté dans les céramiques


​​​​Des physiciens de l'Institut rayonnement-matière de Saclay (CEA-Iramis) et de l'Institut Nanoscience et cryogénie (Inac, CEA/UGA), avec leurs collègues d'autres instituts de recherche français et britanniques, ont étudié, par diffusion de neutrons, l'ordre magnétique dans un matériau céramique, dont la particularité est d'être un système magnétique frustré. Cet ordre présente deux composantes, l’une  « cristallisée » et l’autre « diffuse », dont l’analyse expérimentale montre le fractionnement du spin.​

Publié le 4 avril 2016

​​Nd2Zr2O7 est une céramique transparente. Elle cristallise en formant des tétraèdres jointifs par les sommets. Sa structure magnétique est celle d’une "glace de spin". Les spins y sont globalement désordonnés (en raison d’une très forte "frustration") mais localement ordonnés, à l’échelle des tétraèdres. Sous l’effet de fluctuations quantiques, des défauts apparaissent et disparaissent dans cet ordre local.


Des chercheurs ont explicitement mis en évidence, par diffusion de neutrons au sein de cette céramique, deux composantes du spin. L’une correspond à une phase «  cristallisée » par les interactions résiduelles entre défauts à très basse température et l’autre à une phase fluctuante et non ordonnée. L’interprétation des diagrammes de diffusion obtenus donne corps à la notion de spin fragmenté. Celui-ci recouvre bien une réalité physique, puisqu’il se matérialise dans un champ magnétique « émergent » observable.

Ces résultats soulignent l’importance des effets quantiques et ouvrent une nouvelle voie dans l’étude des systèmes magnétiques frustrés.

Ces travaux résultent d’une collaboration entre les équipes du laboratoire Léon Brillouin, de l’Institut Néel et de l’Université de Warwick (Grande-Bretagne).



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