doctorat h/f: etude des liquides de spins quantiques par résonance magnétique nucléaire et ultrasons
Detail de l'annonce :
Date Limite Candidature : lundi 11 juillet 2022
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INFORMATIONS GÉNÉRALES
Référence : UMR8502-FABBER-001
Lieu de travail : ORSAY
Date de publication : lundi 20 juin 2022
Nom du responsable scientifique : BERT Fabrice
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2022
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel
DESCRIPTION DU SUJET DE THÈSE
Les liquides de spins sont de nouveaux états de la matière
quantique où la frustration des interactions empêche
l'établissement d'un ordre magnétique au profit d'un état quantique
macroscopiquement intriqué. Dans les matériaux candidats à cette
physique, la question est d'identifier la nature précise de ces
états fondamentaux non-conventionnels, de leurs excitations exotiques
fractionnaires (spinons, monopoles magnétiques...) ainsi que leur
stabilité vis-à-vis des perturbations, telles que le désordre, les
anisotropies magnétiques ou l'application d'un champ extérieur.
Le composé herbertsmithite à géométrie frustrée kagomé reste
emblématique pour la physique des liquides de spins. Malgré de
fortes interactions antiferromagnétiques, il ne s'ordonne pas
jusqu'au plus basses températures étudiées et des signatures
d'excitations non conventionnelles dites fractionnaires ont été
observées par diffusion de neutrons. La nature exacte du liquide de
spins réalisé reste néanmoins une question ouverte. Au-delà de cet
archétype encore largement étudié y compris à Orsay et Sherbrooke,
de nouveaux composés présentant diverses variations à la
géométrie kagomé ont été synthétisés. Nous proposons en
particulier d'étudier le composé Y-kapellasite, une variante de
l'herbertsmithite qui réalise un modèle magnétique encore
inexploré, kagomé anisotrope. Des cristaux sont disponibles (Coll.
P. Pascal, Stuttgart). Un autre volet est l'étude de nouveaux
matériaux à base d'oxyde de molybdène décrits par un réseau
kagomé «respirant», constitué de motifs triangulaires de deux
grandeurs différentes. Le ratio des interactions entre les deux types
de triangles devrait avoir un impact sur l'état fondamental de ces
systèmes.
Nous proposons d'étudier ces nouveaux états par une combinaison de
deux techniques complémentaires: la résonance magnétique nucléaire
(RMN) qui permet d'extraire les susceptibilités magnétiques
statiques et dynamiques dans ces systèmes complexes, et les mesures
d'ultrasons, extrêmement sensibles et efficaces pour révéler des
changements de phases subtils via les couplages magnéto-élastiques.
Ce projet de thèse s'appuie sur une collaboration étroite de 3
membres du laboratoire de recherche international (IRL " Frontières
Quantiques") nouvellement créé entre le CNRS et l'université de
Sherbrooke. Les études par RMN peuvent être effectuées dans le
groupe SQM (LPS\Paris-Saclay) jusqu'à 14 T et de 300K à 40mK. A
Sherbrooke les mesures ultrasonores peuvent être effectuées jusqu'à
très basse température (50 mK) dans le groupe de Jeffrey Quilliam,
mais à champ relativement modeste (16 T). Au LNCMI nous accéderons
à des champs plus intenses (jusqu'à 90 T), afin de révéler des
transitions, éventuellement induites par le champ magnétique, en
forte collaboration avec David Le Bœuf, spécialiste de mesure
d'ultrasons en champ intense.
References:
* Introduction to Frustrated Magnetism (eds Lacroix, C., Mendels, P.
& Mila, F. (Springer, 2010).
* Norman, M. R. Herbertsmithite and the search for the quantum spin
liquid. Rev. Mod. Phys. 88, 041002 (2016).
* Mendels, P. & Bert, F. Quantum kagome frustrated antiferromagnets:
One route to quantum spin liquids, Comptes Rendus Physique, Académie
des Sciences 17, 455 (2016).
* Barthélemy Q. et al Local study of the insulating quantum kagome
antiferromagnets YCu3(OH)6OxCl3-x (x = 0, 1/3). Phys. Rev. Materials
3, 074401 (2019).
* Khuntia, P. et al. Gapless ground state in the archetypal quantum
kagome antiferromagnet ZnCu3(OH)6Cl2 Nature Physics 16, 469 (2020).
* Tustain, K et al. From magnetic order to quantum disorder in the
Zn-barlowite series of S=1/2 kagome antiferromagnets, npj Quantum
Mater. 5, 74 (2020).
CONTEXTE DE TRAVAIL
Le (la) candidat(e) travaillera au laboratoire de physique des solides
d'Orsay, université Paris-Saclay-CNRS, dans l'équipe "Spectroscopie
des Matériaux Quantiques" aux côtés de 3 chercheurs permanents, P.
Mendels, F. Bert et E. Kermarrec qui ont une large expérience dans la
thématique et les techniques proposées; il (elle) bénéficiera du
soutien d'un ingénieur de recherches intégré à l'équipe et de
toute la logistique du laboratoire (mécanique, cryogénie,
instrumentation) ainsi que de collaborations nationales et
internationales solidement établies, en particulier à Sherbrooke et
au LNCMI.
Informations sur l'équipe https://equipes2.lps.u-psud.fr/sqm/
Informations sur le laboratoire: https://www.lps.u-psud.fr/
CONTRAINTES ET RISQUES
Des missions à Sherbrooke (Canada) et au LNCMI (grenoble/toulouse)
pour des campagnes de mesures ultrasons sont à prévoir.
INFORMATIONS COMPLÉMENTAIRES
Le(la) candidat(e) doit avoir un goût certain pour les expériences,
les conditions extrêmes (basses températures, fort champ
magnétiques) et la recherche fondamentale. Une solide formation en
mécanique quantique et physique des solides au niveau master 2 est
attendue.
Le dossier de candidature devra comporter à minima un CV, une lettre
de motivation et au moins une lettre de recommandation ainsi que les
notes de master 1 et 2.