Matériaux quantiques au-delà de 100 tesla – QMAHT

L’étude de matériaux quantiques sous champ magnétique a permis l'observation de nouveaux phénomènes inattendus. En générant des champs plus intenses de nouveaux concepts émergent, générant des approches innovantes pour la physique à champ nul. Par exemple, l’effet Hall quantique, initialement découvert en champ magnétique intense, a mis à jour l’importance des aspects topologiques dans les solides. Aujourd’hui, plusieurs questions fondamentales de la physique des matériaux quantiques requièrent la production de champ magnétique hors d’atteinte avec les technologies d’aimant actuelles. Ce projet s’intéresse à deux de ces questions les plus pressantes. D’abord, quel est l’état fondamental d’un métal tridimensionnel (3D) dans la limite quantique. Cette question a été étudiée en détail les système bi-dimensionnels, à la suite de la découverte du régime d’effet Hall quantique. La question de que se passerait-il dans un régime similaire en 3D reste largement ouverte aujourd’hui. Ensuite, quel est l’état fondamental d’un liquide de spin en champ magnétique intense, c’est-à-dire lorsque l’énergie Zeeman est du même ordre de grandeur que l’énergie d’échange. La réponse à cette question permettrait de mieux comprendre ce nouvel état de la matière qu’est le liquide de spin. Pour ces deux familles de matériaux, le champ magnétique exacerbe les effets de corrélations électroniques, menant, ultimement, à des transitions métal – isolant (ou liquide – solide) non-conventionnelles. En champ intense, des états électroniques originaux sont prédits, tels qu’un condensat excitonique ou un cristal de lien de valence. La réponse à ces questions nécessite d’effectuer des mesures de transport et/ou thermodynamique dans des champs magnétiques dépassants 100 T, au-delà des possibilités actuelles. Ce projet a donc pour but de développer un nouvel aimant pouvant atteindre des champs magnétiques supérieurs à 100 T avec une instrumentation adaptée. Ces questions seront aussi abordées de manière théorique afin d'approfondir notre compréhension des nouveaux phénomènes quantiques qui seront mis en lumière.