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Systèmes électroniques corrélés et de basse dimensionalité
Le modèle standard du liquide de Fermi élaboré dans les années cinquante explique de manière très précise le comportement des métaux usuels. Cependant, de nombreux matériaux échappent à cette description, car les corrélations électroniques ne peuvent plus être négligées comme dans le modèle de Landau. Parmi eux, on trouve des oxydes de métaux de transition, mais également certains composés fermions lourds. Des systèmes présentant une faible dimensionnalité (1D 2D) sont aussi susceptibles d’échapper à ce modèle standard. Enfin, les semi-métaux, présentant une très faible densité de porteurs peuvent également montrer des déviations importantes au modèle de Landau, en particulier quand on les soumet à des conditions extrêmes, comme un champ magnétique fort. Ces différentes thématiques sont abordées au LPEM, grâce à divers sondes expérimentales : mesures de conductivité dc et ac, mesures de coefficients thermoélectriques, de propriétés magnétiques, spectroscopie RMN, microscopie à sonde locale …
Parmi les résultats les plus marquants, citons l’étude de semi-métaux (Bi, BiSb) au delà de la limite quantique par des mesures de transport de charge et d’entropie. Des anomalies géantes ont été observées pour des champs correspondant à des niveaux de Landau qui seraient fractionnaires … ce qui serait surprenant pour des systèmes tridimensionnels. Une étude très fine de ce système complexe révèle une physique riche et inattendue. Il pourrait s’agir d’une manifestation d’une nouvelle classe de systèmes : les isolants topologiques, pour lesquels des états de surface apparaissent, même dans des cas tridimensionnels.
Des composés magnétiques (manganites) ou multiferroïques (composition d’ordre magnétique et électrique) sont étudiés au laboratoire. Il s’agit de comprendre leur diagramme de phase, où coexistent des ordres orbitaux, de charges, de spins … et où le réseau joue également un rôle très important. Une étude spécifique sur ce sujet vient d’être faite su BiFeO3. Des séparations de phase dans des manganites ont été mises en évidence par RMN. Des études par microscopie à sonde locale (microscopie à force électrostatique) montrent l’organisation spatiale submicronique de ces phases, et leur dynamique en fonction de l’histoire thermo-magnétique des échantillons.
Enfin, un dernier volet de la recherche dans ce domaine a trait à l’étude des fluctuations supraconductrices dans les cuprates et dans les systèmes désordonnés. En particulier, on vient de montrer récemment que les fluctuations gaussiennes standard rendent compte correctement du comportement de cuprates sous-dopés, contrairement aux prédictions théoriques les plus répandues. Enfin, on a étudié pour la première fois les fluctuations supraconductrices BCS par effet Nernst, et montré une très bonne adéquation avec la théorie.
Le laboratoire dispose aujourd’hui d’outils de mesures originaux et pertinents :
- De transport électronique (cohérent ou incohérent, magnétotransport), sondées par des spectroscopies diverses : absorption infrarouge et visible, diffusion Raman électronique, spectroscopie infrarouge de champ proche et thermique (conductivité thermique, effet Nernst), spectroscopie tunnel,
- Des propriétés électroniques locales par résonance magnétique nucléaire,
- Des propriétés des spins des électrons de conduction – par résonance électronique de spin – et magnétiques (relation avec la dimensionnalité).