Spectroscopie des Ordres Exotiques – le boson de Higgs dans les Supraconducteurs – SEO-HiggS2

Découvrir et comprendre les nouveaux états électroniques et leurs excitations fondamentales, mis en lumière dans les riches diagrammes de phase de la matière condensée représente l'un des problèmes les plus ambitieux de la physique des systèmes quantiques à N corps. Alors que la quête du boson de Higgs en physique des particules a atteint son objectif, il y a un intérêt croissant pour la recherche de telles excitations fondamentales dans les systèmes quantiques à N corps où le boson de Higgs se manifeste comme un mode collective fondamental. Le premier objectif du projet SEO-HiggS2 est de chercher et d'en comprendre le mécanisme d'observabilité d'une de ces excitations de Higgs dans le condensat supraconducteur. Le second objectif est de s'attaquer à une question fondamentale de la physique de la matière condensée, la nature de l'ordre exotique de URu2Si2. Pour atteindre ces 2 objectifs, nous utiliserons la spectroscopie Raman électronique sous haute pression et hors équilibre, deux outils idéaux pour manipuler précisément l'interaction entre les différents ordres des systèmes étudiés.

Le 1er axe de notre projet traite de la question de l'observation et l'étude du mode d'amplitude de l'état supraconducteur, une excitation fondamentale analogue au boson de Higgs. Les seuls cas connus (et toujours controversés) d'un tel mode sont signalés dans le dichalcogénure 2H-NbSe2 et les composés A15. Le but est d'apporter des preuves de leur nature de mode de Higgs et de comprendre les mécanismes permettant leurs observations. Dans les composés A15, nous étudierons l'interaction entre les modes relatifs aux transitions supraconductrice et Martensitic, en variant la température et la pression. Dans NbSe2, l'observation de cette excitation supraconductrice par Raman serait rendue possible grâce au couplage avec le mode d'excitation de l'onde de densité de charge coexistante. Le projet SEO-HiggS2 propose d'étudier la dynamique de ces 2 modes et de leur interaction par Raman résolue en temps. La comparaison entre les prédictions théoriques et les comportements sous pression et dans le domaine temporel devrait permettre de distinguer définitivement entre les différents modèles théoriques. En outre, notre but est de découvrir et d'étudier de nouveaux mode de Higgs, particulièrement dans la zone de coexistence de l'onde de densité de charge et de la supraconductivité atteinte sous pression dans d'autres dichalcogénures (systèmes 1T et 2H). En explorant le comportement dans des composés variés aux ondes de densité de charge distinctes (commensuré/incommensuré) provenant de différents types de mécanismes (électronique, phononique), nous espérons tirer des conclusions sur le caractère universel du boson de Higgs dans les supraconducteurs.
Pour aborder le 2eme objectif, nous nous focaliserons sur le mystérieux ordre caché d'URu2Si2. En étudiant précisément les excitations que nous avons mises en lumière récemment comme étant les signatures de cet ordre quantique, nous espérons faire un pas important vers la résolution de la question de la nature de cet ordre. Cet ordre laisse place à une phase antiferromagnétique sous pression. Il est donc important de suivre les signatures Raman sous pression pour les associer définitivement avec l'ordre caché.

Nous utiliserons la spectroscopie Raman sous pression qui a déjà été développée par la leader du projet. Cela nous positionne clairement comme une équipe compétitive voire unique pour ce projet. Ce projet soutient une jeune chercheuse du CNRS membre du LMPQ, Université Paris Diderot, par l'embauche d'un post-doc (2 ans). Outre la valorisation de nos résultats par des conférences et des publications, par des collaborations avec des théoriciens (C. Varma, L. Benfatto, S. Burdin, D. Manske), le projet fournit une excellente base pour la médiation scientifique (Comment trouver un boson de Higgs entre deux diamants ?), à même de susciter des vocations, et surtout de diffuser notre démarche scientifique.