Abstract:

Magnetic frustration is a physical property exhibited by certain materials when the magnetic interactions are not all minimized, resulting in a degeneracy of the ground state, which can lead to exotic properties of matter, such as quantum spin liquids. In this thesis, to study these properties, we used spectroscopic methods, notably polarized and unpolarized neutron scattering. Neutron scattering is a powerful probe for observing magnetic properties. Unlike X-rays, neutrons carry a spin-1/2, making them sensitive to magnetic interactions ; it is thus possible to specifically probe magnetic structures and excitations, notably through Inelastic neutron scattering.

In the first part of this thesis, we studied the iron-based superconductor BaFe₂Se₃ using timeof-flight inelastic neutron scattering, as well as numerical techniques such as Monte Carlo simulations and spin wave simulations.

In the second part of this thesis, we studied the spin liquid pyrochlore compound Tb₂Ti₂O₇ using time-of-flight and polarized triple-axis inelastic neutron scattering techniques, coupled with symmetry analysis and numerical simulations, in order to reproduce experimental data.

Keywords:

Spectroscopie et dynamique de spin des systèmes frustrés : des pnictides aux pyrochlores

Résumé :

La frustration magnétique est la propriété exhibée par certains matériaux lorsque les interactions magnétiques ne sont pas toutes minimisées : il en résulte une dégénérescence de l’état fondamental, pouvant mener à des propriétés exotiques de la matière, telles que les liquides de spin quantiques.

Durant cette thèse, pour étudier ces propriétés, nous avons utilisé des méthodes de spectroscopie, notamment la diffusion des neutrons polarisés et non polarisés. La diffusion des neutrons est une sonde puissante pour observer les propriétés magnétiques. Contrairement aux rayons X, les neutrons sont porteurs d’un spin 1/2, ce qui les rend sensibles aux interactions magnétiques ; il est ainsi possible de sonder spécifiquement les structures et les excitations magnétiques, notamment via la diffusion inélastique des neutrons.

Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié le composé supraconducteur de fer BaFe₂Se₃ au moyen la diffusion inélastique des neutrons en temps de vol, et par des techniques numériques telles que les simulations Monte Carlo et les simulations d’ondes de spin. Dans la seconde partie, nous avons étudié le composé liquide de spin pyrochlore Tb₂Ti₂O₇, à partir de la diffusion inélastique des neutrons en temps de vol et en trois axes polarisés, que nous avons couplée à des analyses de symétries et des simulations numériques, afin de reproduire les données expérimentales.

Mots-clés :