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Soutenance de thèse - 9 décembre 2022 - Loïc Soriano - Etude par résonance paramagnétique électronique de la cohérence de spin dans les composés organiques

Salle des thèses - Campus de Saint Jérôme
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Annonce de soutenance de thèse

 


 

Mr. Loïc SORIANO

(ED n°352 : Physique et science de la matière)

Soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés :


 

Etude par résonance paramagnétique électronique de la cohérence de spin dans les composés organiques (o-DMTTF)2X (X = Cl, Br, I, NO2 et NO3)


 

Dirigé par : Sylvain BERTAINA (Département PHANO, équipe MAG)


 

Le vendredi 9 decembre 2022 à 14h, salle des thèses, Faculté des Sciences de St Jérôme

 

Resumé

Nous présentons dans cette thèse une étude par Résonance Paramagnétique Electronique (RPE) des sels organiques quasi-unidimensionnels (o-DMTTF)2X avec des contranions centrosymétriques (X = Cl, Br, I) et non centrosymétriques (X = NO2 et NO3). D'un point de vue magnétique ces composés organiques sont considérés comme des chaînes de spins 1/2 avec un couplage antiferromagnétique et subissent une transition de spin-Peierls en dessous de T < TSP . A haute température, nous avons étudié le comportement des chaînes uniformes. Pendant la transition de spin-Peierls, nous avons déterminé la dépen- dance en température du gap de spin-Peierls et de la dimérisation des chaînes. A basse température, nous avons montré l'existence des défauts intrinsèques piégeant des solitons magnétiques. Nous avons également observé que 50 % solitons sont isolés et 50 % forment des paires par un fort couplage d'échange. Par la suite, la mesure des oscillations de Rabi nous a permis de montrer que les solitons et les paires de solitons ont respectivement une dynamique cohérente de spin 1/2 et de spin 1.
Dans un deuxième temps nous avons étudié les mécanismes de décohérence et de relaxation dans les chaînes de spins par des séquences de RPE pulsée . Pour cela nous avons identifié les processus de relaxation intervenant dans le temps de relaxation spin- réseau T1, certains composés suivent un processus Orbach et d'autres Raman. Nous avons identifié et quantifié la décohérence causée par les interactions spin-spin comme la diffusion spectrale et instantanée. Cette étude nous a permis de conclure que notre système possède un temps de cohérence intrinsèque et faiblement sensible à la concentration en défauts. Ces travaux s'inscrivent dans une volonté de concilier la physique des aimants fortement corrélés et celle des systèmes magnétiques dilués.

Abstract

This thesis focuses on the Electron Paramagnetic Resonance (EPR) study of the one- dimensionnal organic salts (o-DMTTF)2X with centrosymmetric (X = Cl, Br and I) and non centrosymmetric (X = NO2, NO3) counteranions. These organic compounds are an- tiferromagnetic spin 1/2 chains and below TSP a spin-Peierls transition occurs. At high temperature we have studied their uniform spin chains behavior. During spin-Peierls tran- sition, we have determined the spin gap and dimerisation temperature dependences. At lower temperature we have provided evidence of intrinsic defects which pinned magnetic solitons. We have shown that the one-half of the total number of solitons are in isolation whereas the other half form pairs with a strong magnetic coupling. The Rabi oscillations of both the single-soliton and the soliton-dimer have been observed and they have respectly the spin dynamics of spin 1/2 and spin 1.
In a second time, by means of pulse EPR sequences we have studied decoherence and spin relaxation mechanisms in spin chains. For this purpose we have identified relaxation processes involved in the spin-lattice relaxation, the dominant process is sometimes Orbach next time Raman. We have identified and quantified electron spin decoherence sources like spectral and instantaneous diffusion. We have found that our system has an intrinsic coherence lifetime not related to the concentration of defects. This work tries to make the connection between strongly correlated magnets and diluted spin systems.

Mots clés: 

Résonance paramagnétique électronique, dynamique des spins, chaînes de spins quantiques, cohérence, (o−DMTTF)2X, transition de spin-Peierls, sels organiques.

Keywords: 

Electron paramagnetic resonance, spin dynamics, quantum spin chains, coherence, (o − DMTTF)2X, spin-Peierls transition, organic salts.


 

Composition du jury :

  

Rapporteure : Pascale Foury-Leylekian,   Professeure, Université Paris-Saclay

 

Rapporteur : Serge Gambarelli, Directeur de recherche, CEA Grenoble

 

Examinatrice : Maylis Orio, Chargée de recherche, CNRS

Examinateur : Rodolphe Clérac, Directeur de recherche, CNRS

 

Présidente du Jury : Marc Fourmigué, Directeur de recherche, CNRS

 

Directeur de thèse : Sylvain Bertaina, Chargé de recherche, CNRS