COMPORTEMENT ÉLECTRIQUE

PAR Mesures aux HyperfrÉquences

J.-G. Théobald1*, O. Bohnké2, G. Frand2, P. Lacorre2, A. Gire1, M. Jouffroy1, J. Davoigneau1 1 Laboratoire de Spectroscopie Hertzienne et d'Électronique, Centre de Microanalyse des Matériaux E.A. 473,

Université de Besançon, France

2 Laboratoire des Fluorures, Université de Mans U.R.A.449, France

* Corresponding author. E-mail : jean-gerard.theobald@univ-fcomte.fr

Received 20 January 2001 ; revised version accepted 31 May 2001

Abstract

An original technique to study the conductivity and the Hall effect on powdered samples is to use microwaves. A microwave electric field and a perpendicular d.c. magnetic field induce a component of motion in one direction perpendicular to both fields. This motion generates in the microwave cavity a new mode of oscillation. The analysis of the signal allows to determine the charge carriers. This new method has been applied to rare earth perovskites RNiO3 and with this technique it is possible to detect the metal-insulator transition. One analysis of the device is also given. To measure microwave susceptibilities another measuring technique based upon whispering gallery is also proposed.

Keywords : Microwaves; Electrical susceptibility; Conductivity; Hall effect; Metal-insulator transition; Gallery wave mode cavities; Rare earth perovskites.

Résumé Les mesures de conductivité en continu sont un moyen d'analyser les propriétés électriques d'un matériau. Les mesures aux hyperfréquences permettent de s'affranchir des problèmes de contacts et de tenue mécanique des échantillons. De plus, il est souvent intéressant d'observer les changements de propriétés électriques d'un matériau à des fréquences élevées. Les perovskites de terres rares présentent une transition de Mott isolant métal. Des mesures d'effet Hall aux hyperfréquences ont donné le signe des porteurs de charge responsables de la conduction ainsi que leur concentration. La conductivité des perovskites présente en fonction des concentrations de Sm et de Nd, un minimum vers 50 %, on a pu le justifier dans le cadre de la théorie du menteur. Afin d'accéder à des mesures quantitatives, nous avons étudié l'équivalent basse fréquence de la cavité résonnante et les perturbations résultant de l'introduction d'un corps diélectrique à l'intérieur. L'introduction d'un corps diélectrique dans la cavité a soulevé une question importante quant à la perturbation du champ électrique initial qui en résulte. Cette déformation est d'autant plus grande que la permittivité diélectrique relative est supérieure à 1. Nous avons résolu le problème en nous plaçant dans des cas où les équations de Maxwell pouvaient être résolues moyennant de légères approximations. Dans certains cas les mesures sur de petits échantillons solides peuvent être réalisées dans des cavités à modes de galerie. Ces cavités utilisent la résonance d'un disque de diélectrique solide. Un échantillon placé à la périphérie de ce résonateur peut, par simple rotation du résonateur, être placé dans un nœud ou dans un ventre du champ électrique. L'opération est bien plus fiable que l'introduction par va-et-vient dans une cavité traditionnelle, lorsqu'on n'a pas d'autre paramètre à sa disposition pour faire varier la constante diélectrique.

Mots clés : Microondes; Susceptibilité électrique; Conductivité; Effet Hall; Transition métal-isolant; Cavités à modes de galerie; Perovskites de terres rares.

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