Etude statique et dynamique de la transition para-ferrimagnétique des systèmes paramagnétiques fortement couplés

Abstract

Nous considérons, ici, des matériaux faiblement ferrimagnétiques, qui présentent une transition paramagnétique-ferrimagnétique à une certaine température critique Tc, voisine de la température ambiante. Ce genre de systèmes sont formés de deux sous-réseaux paramagnétiques fortement couplés, de moments magnétiques respectifs m et M. l’énergie libre qui décrit le système physique, contient, en plus des termes usuels (quadratiques et quartiques purs dans ces moments), un terme d’interaction bilinéaire –CmM, permettant de rendre compte de ce couplage. Le but de cette thèse est d’explorer toutes els propriétés critiques du système, tant sur le plan statique que dynamique. Afin de tenir compte des fortes fluctuations de l’aimantation au voisinage du point critique, nous faisons usage des techniques du Groupe de Renormalisation (GR), appliquées à une théorie des champs que nous élaborons. Nous déterminons, en particulier, la forme exacte de la ligne critique dans le plan des variables (T, C), le long duquel le système subit une transition de phase. Nous montrons que cette transition appartient à la même classe d’universalité que les systèmes magnétiques de type Ising. Le deuxième travail concerne une étude quantitative de la relaxation de spin au cours du temps, dans le contexte de la théorie de champ moyen. Nous trouvons que la cinétique est entièrement gouvernée par deux sortes de temps de relaxation τ₁ et τ₂. Ces temps contrôlent respectivement la dynamique à longue échelle et à l’échelle locale. Nous soulignons que l’apparition de ces deux temps de relaxation est en bon accord avec des résultats d’un travail expérimental récent, concernant un composé paramagnétique de type Curie-Weiss LixNi₂₋xO₂, où la composition x est très proche de 1. Ensuite, nous calculons exactement les facteurs de structure dynamiques partiels. La conclusion principale est que la physique est entièrement contrôlée par trois types de longueurs d’onde |q|⁻¹, la longueur de corrélation statique ξ et une nouvelle Lt ∽ √t mesurant la taille des domaines ordonnés au temps t. Pour aller au-delà de cette approximation, et dans le but d’avoir un comportement dynamique critique correct, nous utilisons, dans notre troisième travail, les techniques du Groupe de Renormalisation appliquées au modèle de champs associé. A travers une formulation supersymétrique de l’action effective, nous obtenons toutes les propriétés dynamiques critiques du système. En particulier, nous dérivons une relation entre le temps de relaxation entre le temps de relaxation et la longueur de corrélation ξ, c'est-à-dire τ ∽ ξz, avec l’exposant z = (4 - η) / (2ν + 1), où et sont les exposants usuelles des systèmes magnétiques de type Ising. Dans un dernier travail, nous évaluons quantitativement l’effet de l’interaction d’échange biquadratique sur le comportement des systèmes de spin 1. Cette interaction est traduite par un terme mixte de couplage, wrn²M², avec w > 0, dans l’énergie libre. Nous démontrons, en particulier, que ce nouveau couplage entre en compétition avec le couplage d’ordre le plus le plus bas – CmM, et tend à détruire le ferrimagnétisme du système. Nous trouvons, également, que la température de compensation (quand elle existe) et le champ de compensation sont placés cers leurs faibles valeurs, en comparaison avec le cas w = 0. La cinétique de la transition de phase est également examinée. Nous montrons, en particulier, qu’au voisinage de Tc, la relaxation est plus lente que dans le cas w = 0.