Engineering magnetic frustration with impurities

Abstract

Dans le magnétisme hautement frustré, on pense généralement que des cristaux vierges sont nécessaires et que les impuretés sont des perturbations indésirables. Notre motivation ici est de prendre le point de vue opposé et d’utiliser les impuretés comme un outil pour concevoir les propriétés des aimants frustrés. Motivée par des expériences sur l’oxyde de pyrochlorede terre rare Er2Ti2−xSnxO7 , l’idée est d’accorder l’hamiltonien de notre système via une dilution non magnétique x ; en d’autres termes, utiliser les impuretés comme bouton pour explorer les parties inconnues du diagramme de phase. Cette approche nous amène à la frontière entre la frustration géométrique et les lunettes de spin.Chapitre 1 explore la littérature sur le magnétisme frustré : Modèles paradigmatiques pour les aimants frustrés, travaux effectués sur les oxydes de pyrochlore purs (Er2Sn2O7 etEr2Ti2O7), verres de spin, liquides de spin classiques, techniques expérimentales, etc. Le formalisme numérique (simulations de Monte Carlo) pour sonder le magnétisme frustré est décrit dans le Chapitre 2 avec les détails algorithmiques. Dans le Chapitre 3, nous rapportons le diagramme de phase de Er2Ti2−xSnxO7 pour0 ≤ x ≤ 2, en utilisant le Monte classique -Simulations Carlo. Pour construire une théorie détaillée, nous extrayons des simulations la chaleur spécifique, la susceptibilité, le facteur de structure de diffusion des neutrons, les fluctuations microscopiques et la dynamique de spin. Nos calculs reproduisent la forme du diagramme de phase expérimental, avec une compétition entre les ordres antiferromagnétiques Γ5 et Palmer-Chalker. Selon le type de désordre utilisé dans notre modèle, une phase intermédiaire de verre de spin a lieu où l’ordre magnétique disparaît. Une asymétrie prononcée en faveur de Γ5 est observée, que nous expliquons en reliant cette dilution non magnétique au diagramme de phase générique du plus proche voisin sur le pyrochlore. Chapitre 4 est une extension phénoménologique du modèle de désordre quenched (utilisé au chapitre 3) aux liquides de spin classiques (liquide antiferromagnétique de Heisenberg et tensor spin liquide). Nous essayons d’établir une connexion de l’un à l’autre via le désordre éteint. Nous analysons les propriétés microscopiques et le facteur de structure dynamique pour notre modèle. Nous résumons nos découvertes et nos travaux futurs dans le Chapitre 5 avec une annexe à la fin.