– ECCE

Ce projet est proposé conjointement par des équipes de 3 laboratoires : DRFMC/SPSMS (CEA-Grenoble), le SPhT (CEA-Saclay/CNRS) et CPMOH (Université de Bordeaux). Le projet est bâti autour de développements instrumentaux innovants permettant d'aborder de grandes questions ouvertes dans plusieurs domaines de la physique des électrons fortement corrélés, par une nouvelle génération d'expériences en conditions extrêmes. L'objectif est de caractériser et comprendre les états fondamentaux de la matière à proximité d'une transition entre 2 phases simples, dans plusieurs familles de composés à électrons corrélés : systèmes à fermions lourds, systèmes où la dimensionnalité est réduite, systèmes géométriquement frustrés. Un aspect essentiel est l'étude des phases supraconductrices qui apparaissent dans ces conditions avec comme objectif la mise en évidence et caractérisation de nouveaux mécanismes de la supraconductivité. Tous ces thèmes sont d'actualité dans le domaine, et très étudiés par les équipes reconnues dans le monde entier. L'originalité du projet réside dans l'instrumentation développée, permettant une approche thermodynamique des diagrammes de phase, une association de techniques de mesure macroscopiques et microscopiques complémentaires, et une collaboration étroite avec des groupes théoriques spécialistes des questions abordées, pour interpréter et guider les expériences. Les développements instrumentaux consisteront en l'extension de la technique de microcalorimétrie sous pression inventée au SPSMS, à des conditions extrêmes de pression hydrostatique (18GPa), de basse température (100mK) et de fort champ magnétique (14T), avec une variation continue de tous ce paramètres. Cela permettra l'étude précise des diagrammes de phase par une sonde thermodynamique. Parallèlement nous réaliserons 3 dispositifs permettant les études microscopiques par diffraction de neutrons dans des conditions similaires. Nous apporterons une description beaucoup plus précise du diagramme de phase près d'une instabilité magnétique à très basse température et des domaines d'existence des phases magnétiques et supraconductrices. Les résultats sur les systèmes antiferromagnétiques (CeRhIn5, CeIn3) détermineront en particulier l'ordre de la transition magnétique à très basse température (1er ou 2ième ordre), information essentielle pour modéliser le mécanisme de la supraconductivité dans ces systèmes. Le paramètre champ magnétique permettra d'atteindre d'autres états telle que une phase supraconductrice modulée FFLO (Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov). L'application du champ magnétique ouvre aussi de nouvelles possibilités pour l'étude de la coexistence de ferromagnétisme et supraconductivité en atteignant une transition métamagnétique, accompagnée dans le système URhGe par une réentrance spectaculaire de la supraconductivité. Un important travail théorique sera réalisé avec une échange continue entre les équipes, sur le diagramme de phase près d'une instabilité magnétique, notamment en intégrant les effets de fluctuation de valence, sur la structure de la possible phase FFLO, et sur la phase supraconductrice en coexistence avec une phase ferromagnétique La combinaison de mesures macroscopiques et microscopiques sous pression et champ magnétique ouvre aussi des perspectives nouvelles dans l'étude des systèmes à basse dimensionnalité, notamment les systèmes antiferromagnétiques 1D. Dans ces systèmes l'établissement de l'ordre à longue distance réalisé par la fermeture du gap par l'application du champ magnétique pourrait être une manifestation d'une condensation de Bose-Einstein. Dans des systèmes choisis, l'application de la pression pourrait jouer un rôle similaire. Très peu d'études ont été réalisées dans ce domaine qui reste entièrement à explorer. La situation est similaire dans le domaine de la frustration géométrique. Des études préliminaires ont montré l'intérêt de la pression pour modifier le degré de frustration, et éventuellement induire l'ord