Laboratoire de Physico-Chimie de l'Etat Solide - LPCES

4. Systèmes magnétiques dilués (DMS) - Solutions solides Sr(Ti,Co)O3

Les travaux effectués depuis une dizaine d’années dans le domaine des oxydes magnétorésistifs ont montré l’important potentiel des matériaux destinés à l’électronique polarisée ou « spintronique ». Récemment, Matsumoto et al. [1] ont ouvert une voie nouvelle en rapportant l’existence d’un ordre ferromagnétique à longue distance dans des couches minces d’anatase TiO2 dopée au Co, ordre qui se maintient au-dessus de la température ambiante. La recherche d’effets similaires dans des matériaux massifs a été limitée dans un premier temps par les difficultés de synthèse de l’anatase et une solution alternative a consisté à s’intéresser à des solutions solides dérivées de SrTiO3 [2].

Synthèse

Différentes compositions dans la série SrTi1-xCoxO3, x < 0.50 ont été synthétisées par réaction à l’état solide. Plusieurs broyages suivis de compactages et de traitements thermiques sont nécessaires pour obtenir des échantillons monophasés. Les paramètres de maille ont été déterminés par une analyse Rietveld des diffractogrammes RX. La faible évolution du paramètre de maille avec le dopage exclut une simple substitution de Ti4+ (r=0.745 Å) par Co4+ (r=0.67 Å) et suggère que le cobalt se trouve plutôt au degré d’oxydation 3+ sous la forme d’un mélange d’états HS (r=0.75 Å) et BS (r=0.685 Å) accompagné de lacunes d’oxygène. La présence de ces lacunes a été confirmée par ATG.

Table 1: SrTi1-xCoxO3 (0.05<x<0.50) Paramètres de maille et valence moyenne de Co (ATG)

x
a /Å
Valence Co
0.05
3.9009
2.85
0.15
3.8987
2.71
0.35
3.8884
3.09
0.50
3.8869
3.25
Caractérisation des composés

Les mesures d’aimantation en température ont révélé que la susceptibilité de ces composés a un comportement complexe. Les échantillons à teneur élevée en Co présentent une transition de type paramagnétique - antiferromagnétique avec une température de Néel voisine de 20K (fig. 1).

Fig1

Fig.1 : Variation de l’inverse de la susceptibilité magnétique avec la température des pérovskites SrTi1-xCoxO3.
Du point de vue transport, le dopage se traduit par un comportement de type semiconducteur. Les mesures révèlent un comportement particulier : le logarithme de la résistivité présente une dépendance en T-1/2 sur tout le domaine de température étudié qui pourrait être due à une conduction par saut (modèle ES-VHR :Efros-Shklovskii-Variable Hopping Range, fig. 2).

Fig2

Fig.2 : Résistivité des compositions SrTi1-xCoxO3.
Afin de modifier la concentration en porteurs de charge, nous avons entrepris des substitutions simultanées par La et Co. Des couches minces de composition Sr0.5La0.5Ti0.985Co0.015O3 ont été élaboré par ablation laser (UMR Thales – CNRS) à partir d’un cible préparé au LPCES [3].


[1] Y. Matsumoto, M. Murakami, T. Shono, T. Hasegawa, T. Fukumura, M. Kawasaki, P. Ahmet, T. Chikyow, S. Koshihara and H. Koinuma, Science 291, (2001) 854.

[2] C. Pascanut, P. Berthet and N. Dragoe, J. Mag. Mag Mat. (sous presse).

[3] R. Ranchal,M. Bibes, A. Barthélémy, K. Bouzehouane, S.Guyard, E. Jacquet,
J.-P Contour, C. Pascanut, P. Berthet and N. Dragoe, J. Appl. Phys. 97, (2005) 1.
 
16 mars, 2007