Dynamique lente des syst

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Dynamique lente des systèmes magnétiques
désordonnés

• Vincent Dupuis

Service de Physique de lEtat Condensé CEA Saclay
Directeur de thèse
Eric VINCENT
Collaborations
M. Alba, F. Bert , J.-P. Bouchaud, J. Hammann, L.
Le Pape H. Aruga-Katori , A. Ito , J. E. Greedan,
M. Sasaki, A. S. Wills
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Plan de lexposé

• Introduction
• Instrumentation - Mesures
• Verres de spin
• Ferromagnétiques désordonnés
• Systèmes frustrés sans désordre
• Conclusion Perspectives

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Plan de lexposé

• Introduction
• Instrumentation - Mesures
• Verres de spin
• Ferromagnétiques désordonnés
• Systèmes frustrés sans désordre
• Conclusion Perspectives

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Dynamique lente et vieillissement
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Le vieillissement dans les verres de spin
Uppsala (Lundgren, Nordblad) Saclay (Hammann,
Ocio, Alba, Vincent)
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Aimantation thermorémanente
tw temps dattente t temps dobservation
Susceptibilité alternative
Dynamique non stationnaire (t, tw) , (?, tw)
bien décrite par des lois déchelle t/tw (dc)
et ?tw (ac)
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Autres exemples
Réponse diélectrique dun liquide surfondu
Réponse mécanique dun polymère
mêmes lois déchelle que dans les verres de
spin ?t, t/tw
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Quelques approches théoriques

• Approches microscopiques
• Edwards et Anderson (1975)dynamique
  simulations numériques
• Sherrington et Kirkpatrick (1975)dynamique
  Cugliandolo, Kurchan (1994)

• Approches phénoménologiques
• Modèles dans lespace des phases vieillissement
  évolution dans un paysage dénergie libre
  complexe(Bouchaud, Orbach)
• Modèles dans lespace réel vieillissement
  croissance de domaines(Fisher et Huse, Koper et
  Hilhorst)

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Questions

• Effet de la température peut-on accélérer le
  vieillissement ?
• Quelles conséquences pour la description du
  vieillissement ?
• Universalité ?

Etude des propriétés de dynamique lente de
systèmes magnétiques exemples
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Plan de lexposé

• Introduction
• Instrumentation - Mesures
• Verres de spin
• Ferromagnétiques désordonnés
• Systèmes frustrés sans désordre
• Conclusion Perspectives

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Instrumentation - Mesures
Magnétomètre à SQUID CryogenicLtd S600

• cryogénie 4He pompé
• détection SQUID

Mesure d.c. Mzdéplacement de léchantillon
dans le gradiomètre
Mesure a.c. ?(?) ?(?) i ?(?)
échantillon fixe détection synchrone
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Plan de lexposé

• Introduction
• Instrumentation - Mesures
• Verres de spin
• Ferromagnétiques désordonnés
• Systèmes frustrés sans désordre
• Conclusion Perspectives

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Effet des variations de température sur le
vieillissement
Cycle négatif de température
(cas dun grand ?T)
Lefloch et al. (1992)
T? rajeunissement, relance de la relaxation T?
mémoire, pas deffet du temps passé à T-?T
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Rajeunissement et mémoire multiples
Combien de vieillissements peut-on mémoriser dans
un verre de spin ?
T? rajeunissement T? mémoire
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Interprétations des effets de rajeunissement et
de mémoire
MODELES MICROSCOPIQUES SIMULATIONS ? EA 3d ni
rajeunissement, ni mémoire, ni chaos en
température (Takayama, Picco, Ricci
(1999-2001)) EA 4d rajeunissement et mémoire
SANS CHAOS EN TEMPERATURE (Berthier, Bouchaud
(2002))
le chaos ne semble pas nécessaire, la hiérarchie
oui !
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Effets de rajeunissement et de mémoire dans un
verre de spin Ising
Effets de rajeunissement et de mémoire moins
marqués dans Ising que dans Heisenberg
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Analyse quantitative
Petits cycles négatifs de température
t2 à T-?T ? teff à T
Evolution de teff en fonction de ?T
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Plan de lexposé

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• Instrumentation - Mesures
• Verres de spin
• Ferromagnétiques désordonnés
• Systèmes frustrés sans désordre
• Conclusion Perspectives

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Le système CdCr2xIn2-2xS4
Système CdCr2xIn2-2xS4
Structure spinelle
Interactions contradictoires F premiers
voisins AF voisins plus éloignés
Echantillons (M. Noguès) x 0.85, 0.90, 0.95
et 1.00
Caractérisation par diffraction de neutronspics
de Bragg magnétiques, aimantation
spontanée... Alba, Pouget (1993)
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Effets de rajeunissement et de mémoire dans un
ferromagnétique désordonné ?
Procédure expérimentale
T? rajeunissement T? mémoire si courte
évolution à basse température
Effets de type verre de spin parois de
domaines(régions frustrées)
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Un mécanisme sans chaos en température pour le
rajeunissement et la mémoire
Problème proche de celui du verre de spin
(Balents, Bouchaud, Mézard (1996))
Reconformations dune paroi de domaine piégée
gel de la conformation à LT MEMOIRE
mise hors équilibre à LT-?T RAJEUNISSEMENT
reconformations des parois
croissance des domaines
Ferromagnétique désordonné

Explique aussi les expériences sur les
ferroélectriques désordonnés (Doussineau, Levelut)
Verre de spin dynamique de parois uniquement ?
Nature des parois ?
Excitations à grande échelle de faible énergie
éponges (Houdayer, Martin, Krzakala) ?
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Plan de lexposé

• Introduction
• Instrumentation - Mesures
• Verres de spin
• Ferromagnétiques désordonnés
• Systèmes frustrés sans désordre
• Conclusion Perspectives

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Frustration sans désordre
2 exemples de systèmes frustrés sans désordre
avec une phase vitreuse
Rôle de la frustration, du désordre ?
kagomé (2d)
pyrochlore (3d)
spins dHeisenberg interactions AF
(H3O)Fe3(OH)6(SO4)2
Y2Mo2O7
Tg 18 K ltlt ?CW 1200 K
Tg 21 K ltlt ?CW 300 K
Divergence critique de la susceptibilité non
linéaire (Gingras et al. (1997))
Comportement critique ?(?) ?SR
Mössbauer(Dupuis, Bonville (2002))
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Vieillissement isotherme
Relaxations daimantation thermorémanente à 0.7
Tg
kagomé
pyrochlore
Même comportement déchelle que dans les verres
de spin t/tw
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Effet des variations de température sur le
vieillissement
verre de spin
Effet mémoire sur laimantation ZFC
kagomé (H3O)Fe3(OH)6(SO4)2
pyrochlore Y2Mo2O7
Creux de mémoire très étalés !
Creux de mémoire assez bien marqués
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Effet des variations de température sur le
vieillissement
Cycles négatifs de température
(H3O)Fe3(OH)6(SO4)2
Y2Mo2O7
t2 à T-?T ? teff à T
T0.7 Tg (TRM data)
Y2Mo2O7 verre de spin
Ising (H3O)Fe3(OH)6(SO4)2 comportement original
insensible aux ?T !
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Plan de lexposé

• Introduction
• Instrumentation - Mesures
• Verres de spin
• Ferromagnétiques désordonnés
• Systèmes frustrés sans désordre
• Conclusion Perspectives

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Conclusion - Perspectives
Effet des variations de température sur le
vieillissement
Interprétation ?
hiérarchie des états métastables en fonction de T
ESPACE DES PHASES
croissance de domaine chaos en température
?ordre différent à différentes températures
(domaines dans les domaines)
ESPACE REEL ?
reconformations de parois piégées ? ( ferro
désordonné)hiérarchie déchelles de longueurs
imbriquées
Mémoire si forte séparation des échelles de
longueur (LT-?T ltlt LT)
Universalité ? Verre de spin Ising ? Verre de
spin Heisenberg
Le désordre est-il nécessaire ?
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Rajeunissement et mémoire dans dautres systèmes
vitreux
REFROIDISSEMENT
Polymères
Ex. PMMA
Bellon, Cilliberto, Laroche (2000)
RECHAUFFEMENT
accumulation du vieillissement d une température
à l autre
Effets types verre de spin
Même phénoménologie dans ferroélectriques
désordonnés, gélatine
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Effet de la vitesse de refroidissement
Procédure expérimentale
30
Effet de la vitesse de refroidissement