| On the role of symmetry-breaking in spin transition materials : experimental and theoretical studies (Sur le rôle de la brisure de symétrie dans les matériaux à transition de spin : études expérimentales et théoriques) Torres Ramirez, Ricardo Guillermo - (2025-10-01) / Université de Rennes On the role of symmetry-breaking in spin transition materials : experimental and theoretical studies
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Langue : Anglais Directeur(s) de thèse: Collet, Éric; Trzop, Elzbieta Discipline : Physique Laboratoire : Institut de Physique de Rennes Ecole Doctorale : S3M Classification : Physique Mots-clés : transition de spin, brisure de symétrie, transitions de phase, cristallographie, théorie de Landau
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Résumé : Les matériaux moléculaires à transition de spin, tels que les composés spin-crossover et les analogues du bleu de Prusse, présentent un fort potentiel pour les dispositifs multifonctionnels. Leurs états électroniques et leurs propriétés peuvent être modulés par des stimuli externes. Ces systèmes présentent diverses courbes de transition de phase, dues aux interactions intra- et inter-moléculaires, où réorganisations structurales et distorsions du réseau jouent un rôle clé. Récemment, il a été observé dans différents systèmes des changements de symétrie cristalline couplés à la conversion de spin, entraînant des transitions atypiques. Les approches théoriques actuelles sur ces matériaux négligent ces changements de symétrie, clairement révélés expérimentalement alors qu’ils impactent les transitions de spins. Dans cette thèse, je présente des études expérimentales et théoriques combinées. À partir d’expériences de diffraction et d’un modèle de type Landau couplant transition de spin et brisure de symétrie, différents phénomènes ont été révélés et expliqués : hystérésis thermique large, photoconversion de phase dépendante de la température, piégeage d’états métastables, stabilisation de phases partiellement converties, effet magnétoélectrique, boucles d’hystérésis asymétriques, stabilisation d’une phase de basse symétrie à haute température, ou encore changements simultanés d’état de spin et de symétrie. Ces travaux démontrent l’importance de considérer les couplages entre changement de symétrie et d’état de spin pour comprendre et optimiser les phénomènes observés. Abstract : Molecular-based spin transition materials, like spin-crossover and Prussian Blue Analogues compounds, hold great potential for multifunctional devices. Their electronic state and related properties can be reversibly switched by external stimuli such as temperature, pressure, or light irradiation. These systems display a wide variety of phase transition curves, arising from intra- and inter-molecular interactions, where structural reorganizations and lattice distortions play a central role. Recently, changes in crystalline symmetry coupled with the spin conversion have been observed in many of these systems, leading to unusual phase transitions. Current theoretical approaches on these materials do not consider these symmetry changes, which are clearly revealed experimentally while having a strong impact on spin transitions. In this thesis, I present combined experimental and theoretical studies. Based on diffraction experiments and a Landau-like model accounting for the coupling of spin transition and symmetry-breaking, different phenomena were revealed and explained, including broad thermal hysteresis, temperature-dependent phase photoconversion, trapping of metastable states, stabilisation of partially converted phases, magnetoelectric effect, unsymmetric hysteresis loops, stabilisation of a low-symmetry phase at high temperature, and concomitant changes of spin state and symmetry. These studies highlight the importance of considering the coupling between changes of symmetry and of spin state for understanding and optimising the observed phenomena. | |||