• Langue : Français
• Discipline : Chimie des matériaux
• Identifiant : 2025ULILR022
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 30/09/2025

Résumé en langue originale

Les matériaux multiferroïques, au sein desquels coexistent plusieurs ordres ferroïques, et en particulier les matériaux magnétoélectriques, suscitent un intérêt considérable en physique de la matière condensée et en science des matériaux. La possibilité de contrôler les propriétés magnétiques par un champ électrique, ou inversement, ouvre des perspectives technologiques fascinantes. Cependant, la rareté des matériaux présentant un fort couplage magnétoélectrique à température ambiante constitue un défi majeur. Au cœur de cette quête se trouvent les pérovskites à base de cobalt. Parmi eux, la pérovskite BiCoO3 apparaît comme un candidat prometteur mais paradoxal. Bien que dotée d'ingrédients favorisant un fort couplage, sa symétrie à l'état fondamental conduit à une annulation parfaite des réponses locales, donnant naissance à un état dit "anti-magnétoélectrique". Cette thèse propose d'explorer une stratégie pour lever ces contraintes de symétrie : la substitution anionique. En remplaçant une partie des ions oxygène par d'autres anions, nous cherchons à briser les symétries fondamentales et à induire un couplage magnétoélectrique net. Ce travail, mené par des calculs ab initio, est articulé en trois chapitres de recherche. Le premier chapitre est consacré à l'étude de la pérovskite parente, BiCoO3. Nous y confirmons son caractère anti-magnétoélectrique. Le deuxième chapitre constitue le cœur de ce travail et explore les conséquences de la substitution anionique. En introduisant des ions fluor ou azote, nous démontrons comment cette perturbation permet de lever les contraintes de symétrie et d'induire un couplage net. Le troisième chapitre élargit la perspective en se penchant sur le système modèle KCoF3, afin de démêler les mécanismes de l'ordre orbital et de l'altermagnétisme. En combinant ces études, ce manuscrit offre une compréhension du rôle critique du réseau anionique dans le contrôle des propriétés magnétoélectriques et démontre que la chimie des anions est un outil puissant pour l'ingénierie de nouveaux composés multiferroïques.

Résumé traduit

Multiferroic materials, which combine multiple ferroic orders, and particularly magnetoelectric materials, have garnered considerable interest in condensed matter physics and materials science. The ability to control magnetic properties with an electric field, or vice versa, opens up fascinating technological prospects. However, the scarcity of materials with strong magnetoelectric coupling at room temperature remains a major challenge. At the heart of this quest are cobalt-based perovskites. Among them, the perovskite BiCoO3 stands out as a promising yet paradoxical candidate. Although it possesses ingredients favouring strong coupling, its ground-state symmetry leads to a perfect cancellation of local responses, giving rise to an "anti-magnetoelectric" state. This thesis explores a strategy to overcome these symmetry constraints : anionic substitution. By replacing some of the oxygen ions with other anions, we aim to break the fundamental symmetries and induce a net magnetoelectric coupling. This work, conducted through ab initio calculations, is structured into three research chapters. The first chapter is dedicated to the study of the parent perovskite, BiCoO3. We confirm its anti-magnetoelectric nature. The second chapter forms the core of this work and explores the consequences of anionic substitution. By introducing fluoride or nitride ions, we demonstrate how this perturbation lifts the symmetry constraints and induces a net coupling. The third chapter broadens the perspective by examining the model system KCoF3 to unravel the mechanisms of orbital ordering and altermagnetism. By combining these studies, this manuscript provides an understanding of the critical role of the anionic network in controlling magnetoelectric properties and demonstrates that anion chemistry is a powerful tool for engineering novel multiferroic compounds.