BORA-BORA — Oxyborates et nouveaux matériaux multifonctionnels

La multiferroicité dite « électronique » reste un domaine encore mal compris et donc sous-exploité. Pour trouver de nouveaux candidats ferroélectriques électroniques, et mieux comprendre les paramètres gouvernant leurs propriétés, un renouveau de l’effort des chimistes et physiciens du solide est primordial. Dans ce contexte, et suite à la découverte d’un effet magnétoélectrique géant dans le composé à ordre de charge Fe2BO4, le projet BORA-BORA vise à synthétiser et caractériser de manière approfondie deux systèmes d’oxyborates, à structure warwickite et ludwigite. Combinant valence mixte de cations de métaux de transitions (di et trivalent) et caractère unidimensionnel du réseau des atomes magnétiques, deux ingrédients connus de la ferroélectricité électronique, ces deux types structuraux présentent un potentiel à exploiter dans la découverte de nouveaux systèmes multiferroïques. La structure ludwigite offre de plus la possibilité de jouer à la fois et sur la nature du substituant et sur le site sur lequel il ira se substituer préférentiellement. BORA-BORA repose sur la synthèse de nouveaux composés et l’association de techniques de caractérisations à plusieurs échelles des structures cristallines et des propriétés physiques, au sein d’une collaboration multi-expertise des laboratoires Léon Brillouin, CRISMAT et du synchrotron SOLEIL. Au niveau des caractérisations structurales, les techniques de diffraction de rayons X, d’électrons et de neutrons seront utilisées pour étudier les structures cristallines, les phénomènes de surstructures liés à l’ordre de charge et les problèmes de non-centrosymétrie primordiaux dans les ferroélectriques. Les spectroscopies XAFS et XANES apporteront les informations complémentaires nécessaires sur les états de valence des différents cations en présence, le champ cristallin environnant, et éventuellement leur état de spin. Les mesures de constantes diélectriques et de la polarisation pyroélectrique seront une part importante des caractérisations physiques, et seront associées à l’étude des structures magnétiques par diffusion neutronique pour identifier les mécanismes des couplages magnétoélectriques. Les expériences de dichroïsme circulaire magnétique permettront de relier l’état de valence des ions sondés et le moment magnétique local.