Avec l`avènement de l`électronique de spin, les études concernant

Spin classique, spin quantique :
Leurs effets sur les propriétés magnétiques
Avec l’avènement de l’électronique de spin, les études concernant les nouvelles propriétés
magnétiques (semi conducteur magnétique dilué, magnétisme moléculaire, magnéto
résistance géante) sont très actives. Mais quel que soit le phénomène étudié, une question
reste toujours importante : quel est l’effet de la valeur du spin ? En d’autres termes, à partir de
quelle valeur de S peut on traiter le système de façon classique.
En toute rigueur, un spin classique est un spin S= ∞. Mais on est en droit de se demander si
les propriétés d’un système change véritablement si le spin est fini. Dans le cas où
effectivement la valeur du spin joue un rôle fondamental sur les propriétés magnétiques, sa
nature quantique doit être, a priori, pris en compte. La frontière entre spin classique et spin
quantique reste toutefois très floue et va dépendre de la propriété à étudier. Dans cet exposé,
nous verrons quelques exemples où la valeur du spin change drastiquement le comportement
du système.
Nous montrerons, par exemple, comment la valeur du spin peut modifier l’effet
magnétocalorique. Nous verrons également que des phénomènes quantiques peuvent
apparaître dans des systèmes de grands spins. C’est le cas de certains aimants moléculaires
(Mn12-ac, Fe8 : S=10 [1]) où on a pu observer un renversement de l’aimantation par effet
tunnel c'est-à-dire que ms passe de l’état +10 à l’état -10 sans passer par les états
intermédiaires. Par la suite, le même phénomène a été observé dans des systèmes non plus
moléculaires mais atomiques à base de terres rares (LiYF4 dopé Ho : J=8 [2]). Ce
renversement d’aimantation se fait grâce à un état intriqué qui est une superposition cohérente
des états ms=±10. Il est donc intéressant de voir comment agit la valeur du spin sur la
dynamique quantique cohérente et ainsi pouvoir faire de la manipulation de spins.
Nous verrons enfin comment la valeur du spin ainsi que la dimension du système (1D,2D,3D)
modifient fondamentalement la dynamique magnétique. Pour ce faire, nous présenterons des
mesures par résonance paramagnétique électronique de BaCu2Ge2O7 qui est un matériau
modèle pour l’étude des chaînes de spins quantiques (S=1/2, 1D). Nous verrons ainsi que la
dynamique magnétique dans de tels systèmes est totalement différente de celle qu’on observe
pour des systèmes de plus hauts spins ou de dimension plus grande [3].
[1] L. Thomas, F. Lionti, R. Ballou, D. Gatteschi, R. Sessoli, and B. Barbara Nature 383 (1996) 145
[2] R. Giraud, W. Wernsdorfer, A. Tkatchuk, D. Mailly, and B. Barbara Phys. Rev. Lett. 87 (2001) 057203
[3] S. Bertaina , V.A. Pashchenko, A. Stepanov, T. Masuda, K. Uchinokura Phys. Rev. Lett. 92 057203 (2004).