Étude théorique des transitions Para-ferrimagnétiques dans les systèmes paramagnétiques fortement couplées : application aux composés lamellaires LiNi x Co1-x O₂

Abstract

Nous considérons ici le modèle continu décrivant la transition para-ferrimagnétique, que présentent les systèmes magnétiques consistant en deux sous-réseaux paramagnétiques fortement couplés. Ces deux sous-réseaux d’aimantations (parsite) respectives m et M, peuvent être de types Pauli ou de Curie-Weiss. L’énergie libre qui gouverne la physique du système est de type landau. Elle contient, en plus des termes quadratiques et quartiques de m et M, un terme de couplage-CmM, où C<O est la constante de couplage mesurant l’interaction entre les deux sous-réseaux. Deux termes –Hm et –HM sont également introduits, pour tenir compte de l’interaction avec le champ magnétique appliqué H. nous montrons d’abord l’existence d’une certaine température de transition Tc, dépendant du couplage C, et qui marque le passage d’une phase paramagnétique (m=M=0) à une phase ferrimagnétique, pour laquelle les aimantations m et M sont antiparallèles. A chaque valeur du couplage C, est associée une température de transition Tc, pour laquelle la dépendance est donnée explicitement en fonction du couplage. L’ensemble des oint Tc(C constitue une ligne continue, dans le plan (Tc-C), le long de laquelle le système subit une transition para-ferrimagnétique. en second lieu, nous déterminons, autour de Tc et à couplage C donné, les variations de M tot (T) avec T à H=0, celle de M tot (H) à T=Tc avec le champ (faible) H, et celle de la susceptibilité magnétique totale à H=O avec T. ces derniers comportements révèlent qu’ils sont similaires à ceux relatifs à la transition para-ferrimagnétique usuelle. Nous déterminons complètement la forme du diagramme d’Arrott, dans le plan (H/M tot, M tot ²). En particulier, nous montrons l’existence d’une région où une forte compétition entre le champ magnétique H et le couplage C prend place. Ceci se produit en dessous d’une certaine température caractéristique T₁, fonction du couplage C. à cette même température, une telle région de compétition devient trop étroite, et le système perd brusquement son ordre ferrimagnétique. A partir de la forme analytique du diagramme d’Arrott obtenue, nous déduisons la variation de M tot (h) avec h, à température T<Tc et C fixés. Nos résultats aux diagrammes d’Arrott sont en bon accord avec ceux d’un travail numérique récent. Nous calculons les quatre fonctions de corrélation de paire relatives aux espèces magnétiques (m) et (M), dans le cadre de la théorie d’Ornstein-Zernike. A partir de ces fonctions, nous réalisons une étude complète de toutes les propriétés critiques du système, et déduisons l’expression des susceptibilités magnétiques partielles et totale. Enfin, nous appliquons notre approche théorique aux systèmes magnétiques de type Curie-Weiss, tels que les composés lamellaires LiNi x Co1-x O₂. Les résultats obtenus sont en bon accord qualitatif avec ceux des expériences récentes sur ces mêmes composés.