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Sujets de thèse
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DRF : Sujet de thèse SL-DRF-19-0538

DOMAINE DE RECHERCHE
Interactions rayonnement-matière / Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
INTITULÉ DU SUJET Français English

Fragmentation quantique dans les systèmes magnétiques frustrés

RÉSUMÉ DU SUJET

Le magnétisme frustré constitue une des voies de recherche moderne susceptibles de mener à la découverte de nouveaux états de la matière. Les “glaces de spins”, et plus généralement les “phases de Coulomb”, en forment un exemple célèbre. A la différence des structures magnétiques ordonnées classiques, ces états magnétiques restent désordonnés jusqu'aux plus basses températures mais présentent des corrélations spin-spin spécifiques. Dans ce contexte, un nouveau concept a été proposé [PRX 4, 011007 (2014)], baptisé “fragmentation magnétique”. Il s’agit d’un état original où le moment magnétique se scinde en deux fragments: l’un forme une phase antiferromagnétique de moment ordonné réduit; l’autre reste fluctuant et forme une phase de Coulomb.

En combinant mesures macroscopiques d'aimantation et expériences de diffusion élastique et inélastique de neutrons, nous avons pu montrer que le composé pyrochlore Nd2Zr2O7 pourrait être une réalisation de cette théorie [1,2], même si des indices expérimentaux montrent que des phénomènes quantiques encore incompris sont à l’œuvre.

Le but de ce travail de thèse est de comprendre l'origine de la fragmentation dans ce système. On cherchera notamment à déterminer son domaine de stabilité, en étudiant des composés substitués. En effet, en remplaçant une partie du Zirconium (Zr) par du Titane (Ti), ou du Néodyme (Nd) par du Lanthane (La), les interactions magnétiques vont être modifiées. En variant les taux de substitution, nous pourrons explorer le diagramme de phase et sonder l'existence d'un point critique quantique prévu théoriquement. La complémentarité entre mesures macroscopiques et mesures de diffusion des neutrons est une des clefs pour résoudre le Hamiltonien quantique du système et, au-delà, comprendre les mécanismes microscopiques de la fragmentation ainsi que la nature des excitations qui en émergent.

Le travail de thèse se partagera entre l’Institut Néel (Grenoble) et le LLB (Saclay). Il s’agit à la fois de mesurer l'aimantation et la chaleur spécifique des échantillons jusqu'à très basse température (100 mK) (Institut Néel) et de déterminer finement les structures magnétiques ainsi que le spectre des excitations magnétiques par l’ensemble des techniques de diffusion des neutrons. Ces dernières études se feront au LLB (Saclay) et à l’ILL (Grenoble). Une partie significative de l’analyse des données sera basée sur des outils de simulation numérique, existants pour la plupart, mais aussi à développer le cas échéant.

FORMATION NIVEAU MASTER RECOMMANDÉ

M2 Physique

INFORMATIONS PRATIQUES
Institut rayonnement et matière de Saclay
Laboratoire Léon Brillouin
Groupe 3 Axes
Centre : Saclay
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/10/2018
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

SYLVAIN PETIT  

CEA
DRF/IRAMIS
CEA-Saclay
91191 Gif sur Yvette

Téléphone : +33 1 69 08 60 39

UNIVERSITÉ / ÉCOLE DOCTORALE
Grenoble INP
Ecole Doctorale de Physique de Grenoble
DIRECTEUR DE THÈSE

ELSA LHOTEL

CNRS
Insitut Néel
Institut Néel
25 rue des Martyrs BP 166
38042 Grenoble cedex 9