Description du sujet de thèse

Les propriétés magnétiques et de transport électronique de certains matériaux quantiques remettent en question le modèle standard de la physique des métaux. Cette physique repose sur des notions telles que l’existence de quasiparticule qui transportent la charge électrique. Que se passe-t-il lorsque cette notion cesse d’être valide ? Comment la charge est-elle transportée lorsqu’elle évolue dans un environnement magnétique qui reste désordonnée jusqu’aux plus basses températures ? Et comment décrire cet environnement magnétique qui ne s’ordonne jamais, même aux plus basses températures ? Ces questions se posent dans certaine partie du diagramme de certains oxydes de cuivre. Dans ces systèmes on soupçonne que l’interaction entre les charges itinérantes et l’environnement magnétique désordonné donne naissance à de nouveaux phénomènes tels que la supraconductivité à haute température critique, ou encore la phase métal étrange. Ces phénomènes sont au cœur des questions fondamentales de la physique des matériaux quantiques modernes.
Afin d’étudier ces phénomènes et de répondre aux questions posées précédemment, nous proposons d’explorer les propriétés magnétiques et de transport électronique dans certains cuprates à l’aide de mesure ultrasonore et de résistivité électrique. Ces mesures seront effectuées en environnement cryogénique, et sous champ magnétique très intense (jusqu’à 86 T) grâce aux installations disponibles au LNCMI. La technique ultrasonore permet de sonder le magnétisme, notamment sa dynamique, son hétérogénéité et son comportement en champ et en température grâce au couplage magnéto-élastique. En parallèle avec les mesures de transport électriques, ces mesures permettront d’évaluer directement l’impact du magnétisme sur le transport de la charge électronique dans ces systèmes.

Contexte de travail

Le Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses(LNCMI), situé sur 2 sites (Toulouse et Grenoble), est un laboratoire du CNRS (UPR3228) et un Très Grand Instrument de Recherche (TGIR). Il est associé à l’INSA Toulouse, l’Université Grenoble Alpes (UGA), et l’Université Paul Sabatier (UPS, Toulouse).
Le LNCMI permet aux chercheurs d’effectuer des expériences dans les champs magnétiques parmi les plus intenses au monde. Des champs continus jusqu’à 36 T sont disponibles sur le site de Grenoble.

L'étudiant ou l'étudiante travaillera au sein du groupe d'ultrasons, composé de 2 doctorants et d'1 chercheur CNRS. L'étudiant / étudiante aura accès à toutes les installations du groupe, y compris un aimant supraconducteur de 20 T et des inserts cryogéniques associés couvrant une large gamme de températures, ainsi qu'à une instrumentation de pointe. L'étudiant ou l'étudiante mènera des expériences en champ magnétique élevé, que ce soit en champ continu jusqu'à 36 T à Grenoble, ou en champ magnétique pulsé jusqu'à 90 T à Toulouse.

Contraintes et risques

Les installations du LNCMI fonctionnent 7 jours sur 7, 20 heures sur 24. En fonction du planning, les expériences sur les aimants résistifs peuvent ponctuellement être effectuées en horaires décalés et le weekend.
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Ce projet de thèse nécessite une gamme étendue de compétences, allant de la préparation des échantillons au développement d'instruments en environnement cryogénique, en passant par la compréhension du magnétisme dans les systèmes fortement corrélés. Il est donc destiné à des candidats très motivés, possédant une solide formation en physique des matériaux quantiques et prêts à relever des défis expérimentaux ambitieux.