LuFe2O4 appartient à la famille des ferrites RFe2O4 (R=Dy-Lu,Y) dont la structure peut être décrite comme un empilement selon c de couches compactes de [LuO2]∞ et [Fe2O4]∞. Ce composé fait l’objet de nombreux travaux depuis quelques années du fait de ses propriétés multiferroïques liées à de l’antiferromagnétisme en dessous de TN = 250K et de la ferroélectricité en dessous de 320K qui serait due à une mise en ordre polaire des charges Fe2+ et Fe3+ sur un réseau triangulaire.
Lors de cette thèse, deux échantillons ont été tout particulièrement caractérisés en combinant la diffraction des rayons X au synchrotron, des neutrons et des électrons, avec des mesures des propriétés magnétiques, de transport et de constante diélectrique, et de la spectroscopie Mössbauer. L’étude de la structure à température ambiante a mis en évidence deux points importants : une légère déformation monoclinique de la maille qui est alors indexée en C2/m et un nouveau vecteur de modulation pour un seul des échantillons et qui a été attribué à une non-stœchiométrie en oxygène. Le comportement magnétique de LuFe2O4 s’est révélé particulièrement complexe, avec la coexistence de quatre phases magnétiques ordonnées, ferrimagnétiques ou antiferromagnétiques.
Des mesures par diffraction des rayons X et des neutrons sous pression ont permis de mettre en évidence, de façon reproductible, une transition structurale irréversible à température ambiante, qui pourrait présenter une nouvelle mise en ordre des charges. En dessous de TN, l’amplitude du signal magnétique diminue avec la pression, dans la limite des 3 GPa expérimentaux.
Laboratoire Léon Brillouin