The effects of correlated disorder on static and dynamical properties of matter

Diplôme Thèse The effects of correlated disorder on static and dynamical properties of matter eng 2023-12-20 2024-01-16 author Hemmatzade Amirreza 932506 director Ruegg Christian 790594 MaNEP DIP (MANSC) 10.13097/archive-ouverte/unige:175980 urn:nbn:ch:unige-1759806 Sc. 5801 Frustration can lead to a disordered ground state with a macroscopic degeneracy. A structural and/or magnetic ice system is one in which this frustration can be described by simple local rules describing the configuration of a tetrahedron - the so-called ice rule. In the case of water-ice this rule entails that the central oxygen atoms has two covalent and two hydrogen bonds, for the case of charge ice a two-to-two ratio of cation types, and for the case of spin-ice (for example) the two-in-two-out rule. Because each tetrahedron must obey such a rule, and each tetrahedron shares each site with a neighbouring tetrahedron, the nature of the disorder is naturally spatially correlated. In this thesis we study a magnetic charge-ice system whose exchange constants are templated by the correlated disorder of the cations. In particular, we present our experimental and theoretical studies on the effects of correlated disorder on structural and magnetic properties of fluoride pyrochlore systems. Using neutron and X-ray scattering along with bulk measurement techniques we study CsNiCrF6 which is a realisation of charge ice state in terms of cations Cr3+ and Ni2+ on the pyrochlore lattice. The goals of the thesis are two-fold, to find out the effects of correlated disorder on the lattice structure and, to reveal the effects of the underlying correlated disorder on magnetism. The works done in the thesis address the effects of correlated disorder on model theoretical systems close to CsNiCrF6, the lattice structure of CsNiCrF6 and magnetism in CsNiCrF6. La frustration peut conduire à un état fondamental désordonné et macroscopiquement dégénéré. Un système de glace structurel et/ou magnétique est un système dans lequel cette frustration peut être décrite par des règles locales simples décrivant la configuration d’un tétraèdre - ce que l’on appelle la règle de la glace. Dans le cas de la glace d’eau, cette règle implique que l’atome d’oxygène central possède deux liaisons covalentes et deux liaisons hydrogène, dans le cas de la glace de charge, un rapport de deux à deux entre les types de cations, et dans le cas de la glace de spin (par exemple), la règle du 2 in-2 out. Comme tous les tétraèdres doivent à une telle règle, et que chaque tétraèdre partage chaque site avec un tétraèdre voisin, la nature du désordre est naturellement spatialement corrélée. Dans cette thèse, nous étudions un système de glace de charge magnétique dont les constantes d’échange sont dictées par le désordre corrélé des cations. En particulier, nous présentons nos études expérimentales et théoriques sur les effets du désordre corrélé sur les propriétés structurelles et magnétiques des systèmes fluorure de structure pyrochlore. En utilisant la diffusion des neutrons et des rayons X ainsi que des techniques de mesure macroscopiques, nous étudions CsNiCrF6 qui est une réalisation de l’état de glace de charge par l’arrangement des cations Cr3+ et Ni2+ sur le réseau du pyrochlore. Les objectifs de la thèse sont doubles : découvrir les effets du désordre corrélé sur la structure du réseau et révéler les effets du désordre corrélé sous-jacent sur le magnétisme. Les travaux réalisés dans le cadre de la thèse portent sur l’effet du désordre corrélé sur des systèmes théoriques modèles proches de CsNiCrF6 , sur la structure du réseau de CsNiCrF6 ainsi que sur son magnétisme. Dewey 500.2 33 Département de physique de la matière quantique 131 false 807 Groupe Ruegg efd18891-69d8-40c1-94c9-22d5682d0f6c Thesis Public Thesis_AH_final_UniGe.pdf 45833918 application/pdf Restricted 2025-07-16 33ac75212309171557373c0d527f4537b8887d2831a93bec8e1f64f04a8fc3ea 621e9611-99b6-4713-80eb-bd4c62788d36 Imprimatur Public imp_AH.pdf 1513370 application/pdf 0c1a7e99cb99021894eaae7fd5c92a16d251b257ae4e9f6bc7dec6ba8df07448 openAccess Faculté des sciences / Section de physique / Département de physique de la matière quantique

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The effects of correlated disorder on static and dynamical properties of matter				2024	418	105

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Hemmatzade, Amirreza

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