Domaine, spécialité : Physique de la matière condensée
Mots-Clés : ondes de spin, excitations magnétiques, désordre
Unité d’accueil : LLB / NFMQ
Résumé
La recherche de matériaux multiferroïques magnétoélectriques, où l’ordre magnétique et la ferroélectricité sont couplés l’un à l’autre, est une question d’un grand intérêt pour la physique de la matière condensée et pour les technologies de communication émergentes liées au spin [1-2]. Cependant, les faibles températures d’ordre magnétique dans ces matériaux, généralement inférieures à 100 K, limitent considérablement leur utilisation potentielle pour la spintronique et les dispositifs magnétoélectriques de faible puissance. L’YBaCuFeO5 fait toutefois figure d’exception et figure parmi les exemples les plus prometteurs de ferroélectricité induite par le magnétisme, avec un ordre magnétique en spirale stabilisé à une température relativement élevée de 200 K. Le mécanisme à l’origine de cette propriété remarquable, appelée « ordre spiral par le désordre », implique le désordre intrinsèque Cu/Fe observé dans ce matériau [3]. Il est frappant de constater que l’échange Fe-O-Fe est fortement antiferromagnétique (AFM) J ~ 98 meV alors que l’échange Fe-O-Cu est ferromagnétique et 1 à 2 ordres de grandeur plus faibles.
Dans ce contexte scientifique, l’objectif de ce stage M2 est de développer un code Monte-Carlo pour calculer la dynamique des spins dans un tel système désordonné. Ce code servira d’outil utile pour prédire et analyser les futures expériences de diffusion inélastique de neutrons prévues au réacteur de recherche à haut flux (ILL, Grenoble).
[1] T. Goto et al. Phys. Rev. Lett. 92, 257201 (2004).
[2] S.-W. Cheong et M. Mostovoy, Nat. Mater. 6, 13 (2007).
[3] A. Scaramucci et al. Phys. Rev. X 8 011005 (2018).
Sujet détaillé
The search of magnetoelectric multiferroic materials, where magnetic order and ferroelectricity are coupled to each other is an issue of keen interest in condensed matter physics and in spin-related emerging communication technologies [1-2]. However, the low-magnetic ordering temperatures in such materials, typically below 100 K, critically restrict their potential use for spintronics and low-power magnetoelectric devices. YBaCuFeO5, however, stands out as an exception, and is among the most promising examples of magnetism-driven ferroelectricity, with a spiral magnetic order stabilized at quite high temperature (200K). The mechanism behind this remarkable property, called “spiral order by disorder”, involves the intrinsic Cu/Fe disorder observed in this material [3]. Strikingly, the Fe-O-Fe exchange is strongly AFM J ~ 98 meV while the Fe-O-Cu one is ferromagnetic and 1 to 2 orders of magnitude weaker.
Given this scientific context, the aim of this internship is to develop a Monte-Carlo code to calculate the spin dynamics in such a disordered system. This code will serve as a useful tool for predicting and analyzing future inelastic neutron scattering experiments planned at the high flux research reactor (ILL, Grenoble).
[1] T. Goto et al. Phys. Rev. Lett. 92, 257201 (2004).
[2] S.-W. Cheong and M. Mostovoy, Nat. Mater. 6, 13 (2007).
[3] A. Scaramucci et al. Phys. Rev. X 8 011005 (2018).
Lieu du stage
CEA-Saclay, (91) Essonne, Ile-de-France, France
Conditions de stage
- Durée du stage : 4 mois
- Niveau d’étude requis : Bac+5
- Formation : Master 2
- Poursuite possible en thèse : Oui
- Date limite de candidature : 9 septembre 2024
Compétences requises
Méthodes, techniques :
Développement d’un code Monte Carlo pour simuler la dynamique de spin. Diffusion des neutrons
Langages informatiques et logiciels :
Fortran 90, C
Langue : Anglais
Responsable du stage
SYLVAIN PETIT
Tél. : 01 69 08 12 34
Email :
Responsable LLB / NFMQ
FRANCOISE DAMAY