Magnetic properties and magnetic resonances of single crystals based on iron borate : Experimental studies and modelling

La thèse porte sur la synthèse et l'étude des propriétés magnétiques de borates de fer-gallium,FexGa1-xBO3 avec 0 supérieur ou égal à x supérieur ou égal à 1. Ces matériaux sont prometteurs pour les applications; en plus, grâce à la présence, en fonction de x, de différents types d’ordre magnétique, ils sont bien adaptés au traitement de nombreux problèmes du magnétisme des solides.Le borate de fer, FeBO3 est un antiferromagnétique possédant un plan de facile aimantation et un faible ferromagnétisme. Les caractéristiques du borate de fer sont radicalement modifiées par substitution isomorphe fer – gallium diamagnétique.Nous avons mis au point une route de synthèse de monocristaux FexGa1-xBO3 de haute qualité. Comme principales techniques expérimentales, nous avons choisi les résonances magnétiques électronique (RME) et nucléaire (RMN). Selon le contenu du fer, nous avons observé:(i) la résonance antiferromagnétique, (ii) la résonance de clusters magnétiques et (iii) la résonance paramagnétique électronique (RPE). Les différents états magnétiques ont été identifiés et leurs caractéristiques – la température de Néel, le champ de Dzyaloshinskii-Moriya; les paramètres de l’hamiltonien de spin de Fe3+, etc.– ont été déterminées. La coordinence et la symétrie de sites de 11B et 71Ga ont été précisées par RMN à rotation sous l’angle « magique » (MAS). Moyennant la simulation des spectres de RPE et de MAS RMN, à l’aide de codes mis au point ad hoc, les distributions de paramètres dues au désordre local ont été déterminées. L’analyse théorique, tenant compte de contributions du champ cristallin et de l’interaction dipôle-dipôle, permet d’expliquer l’anisotropie magnétocristalline de volume et de surface.The thesis is concerned with synthesis and studying magnetic properties of iron-galliumborates, FexGa1-xBO3 with [0 supérieur ou égal à x supérieur ou égal à 1]. These materials are promising candidates for applications;besides, occurrence of different types of magnetic ordering, depending on x, makes them suitablefor treating a number of fundamental problems in solid state magnetism.Iron borate, FeBO3 is a two-sublattice easy-plane antiferromagnet with weakferromagnetism. Physical characteristics of iron borate are radically modified by isomorphoussubstitution of a part of iron by diamagnetic gallium.We have started with developing a synthesis route for growing high-quality FexGa1-xBO3single crystals. As main experimental techniques, we have chosen Electron and Nuclear MagneticResonances (EMR, NMR). Depending on iron contents and temperature, we have observed:(i) Antiferromagnetic, (ii) Cluster Magnetic and (iii) Electron Paramagnetic Resonance (EPR).Different magnetic states have been identified and their characteristics: Néel temperature,Dzyaloshinskii-Moriya field; spin Hamiltonian parameters of isolated Fe3+ ion, etc., have beendetermined. Coordination and site symmetry of 11B and 71Ga nuclei have been specified by meansof Magic Angle Spininng (MAS) NMR. Carrying out computer simulations of EPR and MASNMR spectra with laboratory-developed codes, the parameter distributions caused by localdisorder have been determined. Theoretical analysis taking into account crystal field and dipoledipolecontributions allow interpreting volume and surface magnetocrystalline anisotropy of thecrystals