Instrumentation et études novatrices sur les systèmes à électrons corrélés sous pression – PRINCESS

Découvrir et comprendre les nouveaux états de la matière, mis en lumière dans les riches diagrammes de phase et les différents ordres en compétition des systèmes à électrons fortement corrélés représente l’un des problèmes les plus ambitieux de la physique de la matière condensée. Le projet PRINCESS concernera une sélection de systèmes à Fermions Lourds dont les interactions électroniques produisent une forte renormalisation des échelles d’énergie d’où découle l’immense masse effective des porteurs de charge. Cela en fait des systèmes modèles idéaux pour l’étude d’une large variété de phénomènes, leurs paramètres microscopiques pouvant être ajustés aisément. Les implications de cette thématique s’étendent bien au-delà, vers un domaine de la physique bien plus large mais aussi pour les applications de demain.
La recherche dans ce domaine repose en grande partie sur l’utilisation des techniques de haute pression et de haut champ magnétique, qui offrent une exploration du paysage complexe de ces phénomènes, mais qui permettent également de manipuler et d’étudier les transitions de phase quantiques qui émergent de l’équilibre délicat entre les diverses phases.

Ce projet se veut une plongée au cœur de ces questions marquantes en utilisant une nouvelle génération d’expériences basées sur les techniques des hautes pressions et des hauts champs magnétiques, rendues disponibles par un programme ambitieux de développement instrumental. C’est sur la complémentarité de leurs techniques et de leurs expertises scientifiques que les trois partenaires, le SPSMS du CEA-Grenoble, le LMPQ de l’Université Paris Diderot-Paris7 et le LNCMI de Toulouse, veulent baser ce projet. Le SPSMS apportera ses compétences techniques uniques telles que celles de mesures de chaleur spécifique et de résistivité sous pression. Ceci sera renforcé par l’accès à de nouvelles sondes expérimentales sous pression : pouvoir thermoélectrique et mesures de Shubnikov de Haas. Nous construirons également un nouvel appareil dédié aux premières explorations des systèmes récemment découverts. L’expertise du SPSMS dans les techniques de haute pression permettra aussi un transfert de technologie aux autres partenaires. Le LMPQ verra son équipement dédié au Raman enrichi de l’accès aux hautes pressions, et le LNCMI étendra considérablement son accès aux techniques de haute pression en champ magnétique pulsé. Notre source principale de cristaux de très haute qualité sera la SPSMS lui-même.

L’accent sera mis sur une meilleure compréhension de la relation entre la supraconductivité et autres ordres ainsi que des phénomènes physiques qui apparaissent aux transitions de phase quantiques. L’objectif d’une partie du projet est de clarifier l’influence de l’état de valence intermédiaire des composés à base d’ytterbium et de samarium sur différents phénomènes de conductivité, de magnétisme et de point critique quantique. Nous allons également chercher de façon systématique des nouveaux systèmes supraconducteurs sous pression, tout particulièrement dans les composés à base d’ytterbium et d’uranium. Nous approfondirons également notre compréhension des ordres exotiques, qui apparaissent, par exemple, dans certains Skutterudites ou dans URu2Si2. Ici c’est en combinant spectroscopie Raman, thermoélectricité et mesures de Shubnikov de Haas sous pression que nous espérons dévoiler la nature encore mystérieuse de leurs ordres exotiques. Nous projetons également une exploration systématique de nouveaux composés, pour trouver de nouveaux exemples de systèmes montrant des phénomènes physiques similaires ou totalement nouveaux.

Ce projet permettra de maintenir le haut niveau de recherche et la réputation d’excellence de la communauté française dans ce domaine. Il implique plusieurs étudiant(e)s en thèse, à tous les niveaux, notamment pour le développement expérimental. Ceci leur donnera une base solide en recherche sur le thème de la physique de la matière condensée.