Université de Montréal Étude du champ magnétique interne de deux

Université de Montréal
Étude du champ magnétique interne de deux matériaux magnétiques et d’un
supraconducteur sans symétrie d’inversion.
par
Alexandre Desilets-Benoit
Département de Physique
Faculté des arts et des sciences
Thèse présentée à la Faculté des études supérieures
en vue de l’obtention du grade de Philosophiæ Doctor (Ph.D.)
en Physique
31 Août, 2014
c
Alexandre Desilets-Benoit, 2014.

Université de Montréal
Faculté des études supérieures
Cette thèse intitulée:
Étude du champ magnétique interne de deux matériaux magnétiques et d’un
supraconducteur sans symétrie d’inversion.
présentée par:
Alexandre Desilets-Benoit
a été évaluée à un jury composé des personnes suivantes:
Prof. Sjoerd Roorda, président-rapporteur
Prof. Andrea D. Bianchi, directeur de recherche
Prof. Michel Côté, membre du jury
Prof. Hans-Henning Klauss, examinateur externe
Prof. Christian Reber, représentant du doyen de la FES
Thèseacceptéele: ..........................

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RÉSUMÉ
Cette thèse est divisée en trois parties. Une première section présente les résultats de
l’étude de la formation de polarons magnétiques liés (BMP) dans le ferroaimant EuB6
par diffusion de neutrons à petits angles (SANS). La nature magnétique du système fer-
romagnétique est observée sous une température critique de 15K. La signature des BMP
n’apparaît pas dans la diffusion de neutrons, mais ces mesures permettent de confirmer
une limite inférieure de 100Å à la longueur de cohérence des BMP (xLower).
Dans un second temps, l’étude du LaRhSi3, un supraconducteur sans symétrie d’inver-
sion, par µSR et ZF-µSR nous permet de sonder le comportement magnétique du sys-
tème dans la phase supraconductrice. Aucun champ magnétique interne n’a été détecté en
ZF-µSR sous la température critique (Tc= 2.2K). Cela indique que la phase supraconduc-
trice ne porte pas de moment cinétique intrinsèque. L’analyse du spectre d’asymétrie sous
l’application d’un champ magnétique externe nous apprend que le système est faiblement
type II par l’apparition de la signature de domaines magnétiques typique d’un réseau de
vortex entre Hc1(0)et Hc2(0), respectivement de 80 ±5 et 169.0 ±0.5 G.
Finalement, la troisième section porte sur l’étude du champ magnétique interne dans l’an-
tiferroaimant organique NIT-2Py. L’observation d’une dépendance en température des
champs magnétiques internes aux sites d’implantation muonique par ZF-µSR confirme
la présence d’une interaction à longue portée entre les moments cinétiques moléculaires.
Ces valeurs de champs internes, comparées aux calculs basés sur la densité de spins ob-
tenue par calculs de la théorie de la fonctionnelle de la densité, indiquent que la moitié
des molécules se dimérisent et ne contribuent pas à l’ordre antiferromagnétique. La frac-
tion des molécules contribuant à l’ordre antiferromagnétique sous la température critique
(Tc= 1.33 ±0.01K) forme des chaines uniformément polarisées selon l’axe (10¯ 2). Ces
chaines interagissent antiferromagnétiquement entre elles le long de l’axe (010)et fer-
romagnétiquement entre les plan [¯ 102].
Mots-clés: supraconductivité non conventionnelle, µSR, ZF-µSR, absence de sy-
métrie d’inversion, aimant organique, aimant quantique, antiferromagnétisme, fer-
romagnétisme, diffusion de neutrons, LaRhSi3, NIT-2Py, EuB6.

ABSTRACT
This thesis is divided in three sections. The first section presents the results from a small
angle neutron scattering (SANS) investigation of the formation of bound magnetic po-
larons in the ferromagnet EuB6. While the magnetic nature of the system was observed
below 15K, we could not resolve the qdependent signature of the polarons, thus putting
a lower limit of 100Å to the coherence length of the phenomenon (xLower).
Secondly, we investigated the non-centrosymmetric superconductor LaRhSi3by µSR.
The absence of an internal field below Tc= 2.2 K in ZF-µSR, indicates that the super-
conducting wave function does not carry an intrinsic magnetic moment. The asymmetry
spectrum taken under external magnetic field shows the magnetic signature associated
with vortices between Hc1(0)and Hc2(0), respectively 80 ±5 and 169.0 ±0.5 G, sug-
gesting the system is weakly type-II.
Finally, the third section presents the zero field µSR study of internal magnetic fields in
the organic antiferromagnet NIT-2Py. The temperature dependent oscillating signal in the
ZF-µSR spectrum confirms the presence of a long-range magnetic interaction between the
molecules. By comparing the measured internal magnetic fields to calculated values based
on density fonctional theory calculations, we confirm that half the molecules dimerizes
while the other half forms the antiferromagnetic order under the critical temperature (Tc=
1.33 ±0.01K). In this antiferromagnetic order, the moments on the magnetic molecules
are uniformly aligned along the (10¯ 2)axis. They interact antiferromagnetically along
the (010)axis and ferromagnetically between the [¯ 102]planes.
Keywords: Unconventional superconductivity, ZF-µSR, µSR, Non-centrosymmetric,
Quantum magnet, Organic magnetism, Neutron diffraction, Ferromagnetism, Anti-
ferromagnetism, LaRhSi3, NIT-2Py, EuB6.